專利名稱：大面積平面光學零件加工裝置及加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大面積平面光學零件加工裝置及加工方法。
背景技術：
近年來，對于大型精密光學零件的需求越來越多，采用傳統(tǒng)方法加工光學元件，導致光學元件表面損傷和亞表面損傷，因此需要后續(xù)的拋光，比如氣囊拋光、化學拋光或磁流變拋光等，上述拋光方法存在的主要問題是加工周期長，即目前大型光學零件的精加工所面臨的主要問題是效率低。等離子體化學拋光是使反應氣體處于活躍的等離子體中，激發(fā)了化學反應的進行，等離子體拋光屬于非接觸拋光，避免了表面和亞表面損傷產(chǎn)生的同時，由于化學反應的進行去除效率更高。
等離子體化學拋光已經(jīng)得到人們廣泛的應用，但現(xiàn)有的等離子體拋光裝置是在真空環(huán)境下進行的，導致現(xiàn)有的光學零件加工裝置成本高；現(xiàn)有的點接觸式放電方法和小口徑同軸放電方法對于大型超精密光學零件的加工，依然存在效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的等離子體拋光裝置成本高以及現(xiàn)有的等離子體拋光方法效率低的問題，進而提出一種大面積平面光學零件加工裝置及加工方法。本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發(fā)明的一種大面積平面光學零件加工裝置包括射頻電源、接地線、內(nèi)電極、導流板、冷卻管、水箱、流量控制器、氦氣瓶、四氟化碳瓶、氧氣瓶、兩個外電極和兩個隔離板，所述射頻電源、接地線、內(nèi)電極、兩個外電極和兩個隔離板構成等離子體平板放電結(jié)構，兩個外電極對稱設置，兩個外電極與兩個隔離板兩兩相對形成封閉結(jié)構，所述導流板設置在兩個外電極的上部且位于兩個外電極之間，內(nèi)電極的下端穿過導流板且內(nèi)電極位于兩個外電極之間，所述導流板上沿長度方向加工有兩個第一通孔，兩個第一通孔關于內(nèi)電極對稱設置，所述導流板上沿長度方向加工有兩排第二通孔，每個第一通孔與對應的一排第二通孔相互連通，所述射頻電源與內(nèi)電極連接，所述兩個外電極通過接地線接地，兩個外電極、兩個隔離板和內(nèi)電極之間形成兩個等離子體產(chǎn)生腔室，所述氦氣瓶、四氟化碳瓶和氧氣瓶通過流量控制器與兩個第一通孔連通，所述內(nèi)電極上加工有第一冷卻通道，每個外電極上加工有第二冷卻通道，第一冷卻通道與第二冷卻通道均通過冷卻管與水箱連通，流量控制器上設置有氦氣控制閥、四氟化碳控制閥和氧氣控制閥，氦氣控制閥用于控制氦氣的流量，四氟化碳控制閥用于控制四氟化碳的流量，氧氣控制閥用于控制氧氣的流量。本發(fā)明的大面積平面光學零件加工方法是按著以下步驟實現(xiàn)的步驟一、通過水泵將水箱內(nèi)的冷卻水通入內(nèi)電極和兩個外電極的第一冷卻通道和第二冷卻通道；步驟二、打開流量控制器開關，同時打開射頻電源與匹配器電源，對流量控制器和射頻電源預熱10 15分鐘；步驟三、打開氦氣瓶、四氟化碳瓶和氧氣瓶，其中氦氣瓶為等離子體氣體瓶，四氟化碳瓶為反應氣體瓶，通過流量控制器調(diào)節(jié)氦氣和四氟化碳的氣體流量，氦氣的流量為2L/min 5L/min,四氟化碳的氣體流量為20ml/min 90ml/min ；步驟四、將待加工工件放置在工作臺面的電極之上，使待加工工件逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟五、打開氦氣控制閥，對射頻電源逐步增加功率，控制功率范圍200W 400W，同時控制反射功率為0 ;步驟六、將工件與射流下方氣體出口對齊，控制穩(wěn)定的等離子體放電，控制炬在等離子體區(qū)域的駐留時間為5min 20min ；步驟七、關閉射頻電源，關閉等離子體氣體瓶，關閉反應氣體瓶，和氧氣，關閉第一流量控制器和第二流量控制器和第三流量器，取出待加工工件。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的大面積平面光學零件加工裝置在外電極和內(nèi)電極的內(nèi)部均加工有冷卻通道，實現(xiàn)了加工過程中的電極冷卻，降低了加工過程中的電極溫度，從而可以進行長時間的加工，使得反應離子的活性相對較高，同時本發(fā)明的加工裝置具有兩個等離子體產(chǎn)生腔室，與現(xiàn)有的單等離子體腔室相比，大大提高了去除率，即大大提高了加工效率，加工效率提聞了十倍左右；本發(fā)明的大面積平面光學零件加工裝置在非真空環(huán)境下進行，與現(xiàn)有的等離子體拋光裝置是在真空環(huán)境下進行相比，大大降低了成本，裝置成本僅為現(xiàn)有的等離子體拋光裝置的十分之一；本發(fā)明的大面積平面光學零件加工方法可以采用射流和接觸式放電加工共同作用，可以提高大型光學零件的加工效率，對于球面和非球面光學零件，可以通過改變電極端部的形狀達到符合待加工工件表面面型，因而加工應用范圍更為廣泛；同時本發(fā)明可以對于已經(jīng)產(chǎn)生表面變質(zhì)層的工件進行表面變質(zhì)層的去除；本發(fā)明的大面積平面光學零件加工方法采用等離子體平板放電加工，在產(chǎn)生高密度等離子體的同時，采用射流加工方法，與現(xiàn)有的接觸式加工方法相比，反應產(chǎn)物能夠及時排出，避免了反應產(chǎn)物堆積和沉積的現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明的大面積平面光學零件加工方法使待加工工件逆時針旋轉(zhuǎn)，大面積平面光學零件可以達到均勻的高速加工。


圖I是本發(fā)明的大面積平面光學零件加工裝置的整體結(jié)構主視圖，圖2是等離子體平板放電結(jié)構的俯視圖，圖3是導流板的縱向剖視圖，圖4是內(nèi)電極的第一冷卻通道的剖視圖，圖5是外電極的第二冷卻通道的剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖I 5所示，本實施方式的大面積平面光學零件加工裝置包括射頻電源I、接地線2、內(nèi)電極4、導流板5、冷卻管7、水箱8、流量控制器17、氦氣瓶10、四氟化碳瓶11、氧氣瓶12、兩個外電極3和兩個隔離板6，所述射頻電源I、接地線2、內(nèi)電極4、兩個外電極3和兩個隔離板6構成等離子體平板放電結(jié)構，兩個外電極3對稱設置，兩個外電極3與兩個隔離板6兩兩相對形成封閉結(jié)構，所述導流板5設置在兩個外電極3的上部且位于兩個外電極3之間，內(nèi)電極4的下端穿過導流板5且內(nèi)電極4位于兩個外電極3之間，所述導流板5上沿長度方向加工有兩個第一通孔5-1，兩個第一通孔5-1關于內(nèi)電極對稱設置，所述導流板5上沿長度方向加工有兩排第二通孔5-2，每個第一通孔5-1與對應的一排第二通孔5-2相互連通，所述射頻電源I與內(nèi)電極4連接，所述兩個外電極3通過接地線2接地，兩個外電極3、兩個隔離板6和內(nèi)電極4之間形成兩個等離子體產(chǎn)生腔室18，所述氦氣瓶10、四氟化碳瓶11和氧氣瓶12通過流量控制器17與兩個第一通孔5-1連通，所述內(nèi)電極4上加工有第一冷卻通道4-1,每個外電極3上加工有第二冷卻通道3-1,第一冷卻通道4-1與第二冷卻通道3-1均通過冷卻管7與水箱8連通，流量控制器17上設置有氦氣控制閥13、四氟化碳控制閥14和氧氣控制閥15，氦氣控制閥13用于控制氦氣的流量，四氟化碳控制閥14用于控制四氟化碳的流量，氧氣控制閥15用于控制氧氣的流量。大面積是的范圍為400X400平方毫米 500X500平方毫米。
具體實施方式
二 如圖4所示，本實施方式所述第一冷卻通道4-1呈U字形。如此 設計，可以降低內(nèi)電極的溫度。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖I所示，本實施方式所述加工裝置還包括混氣閥9,流量控制器17通過混氣閥9與兩個第一通孔5-1連通。如此設計，可以對流量控制器17內(nèi)的氣體進行充分混合。其它組成及連接關系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖I 5所示，本實施方式的大面積平面光學零件加工方法步驟如下步驟一、通過水泵將水箱8內(nèi)的冷卻水通入內(nèi)電極4和兩個外電極3的第一冷卻通道4-1和第二冷卻通道4-2 ；步驟二、打開流量控制器17開關，同時打開射頻電源I與匹配器電源，對流量控制器17和射頻電源I預熱10 15分鐘；步驟三、打開氦氣瓶10、四氟化碳瓶11和氧氣瓶12，其中氦氣瓶10為等離子體氣體瓶，四氟化碳瓶11為反應氣體瓶，通過流量控制器17調(diào)節(jié)氦氣和四氟化碳的氣體流量，氦氣的流量為2L/min 5L/min,四氟化碳的氣體流量為20ml/min 90ml/min ；步驟四、將待加工工件16放置在工作臺面的電極之上，使待加工工件16逆時針旋轉(zhuǎn)；步驟五、打開氦氣控制閥13，對射頻電源I逐步增加功率，控制功率范圍200W 400W,同時控制反射功率為0 ;步驟六、將工件與射流下方氣體出口對齊，控制穩(wěn)定的等離子體放電，控制炬在等離子體區(qū)域的駐留時間為5min 20min ；步驟七、關閉射頻電源1，關閉等離子體氣體瓶10，關閉反應氣體瓶11，和氧氣12，關閉第一流量控制器13和第二流量控制器14和第三流量器15，取出待加工工件16。如圖I所示，加工采用射流的方式對光學零件進行加工和表面變質(zhì)層去除。加工過程中將電極表面與待加工工件16表面平行且保持適當距離，即氣流方向垂直于待加工工件16表面。放電時，產(chǎn)生的等離子體作用于待加工工件16表面，由于待加工工件16表面離電極距離很近，所以端面的直線刃處放電產(chǎn)生的等離子體會直接作用到待加工工件表面處，有利于反應的進行；還可以將工件置于地電極之上，此時由于內(nèi)電極的端面與待加工工件16下的地 電極之間又形成了電容區(qū)間，從而擴大射流范圍，同時還進行了接觸式放電加工，可以滿足大距離的加工要求。
權利要求
1.一種大面積平面光學零件加工裝置，其特征在于所述加工裝置包括射頻電源(I)、接地線(2)、內(nèi)電極(4)、導流板(5)、冷卻管(7)、水箱(8)、流量控制器(17)、氦氣瓶(10)、四氟化碳瓶(11)、氧氣瓶(12)、兩個外電極(3)和兩個隔離板(6)，所述射頻電源(I)、接地線(2)、內(nèi)電極(4)、兩個外電極(3)和兩個隔離板(6)構成等離子體平板放電結(jié)構，兩個外電極(3)對稱設置，兩個外電極(3)與兩個隔離板(6)兩兩相對形成封閉結(jié)構，所述導流板(5)設置在兩個外電極(3)的上部且位于兩個外電極(3)之間，內(nèi)電極(4)的下端穿過導流板(5)且內(nèi)電極(4)位于兩個外電極(3)之間，所述導流板(5)上沿長度方向加工有兩個第一通孔(5-1)，兩個第一通孔(5-1)關于內(nèi)電極對稱設置，所述導流板(5)上沿長度方向加工有兩排第二通孔(5-2)，每個第一通孔(5-1)與對應的一排第二通孔(5-2)相互連通，所述射頻電源(I)與內(nèi)電極(4)連接，所述兩個外電極(3)通過接地線(2)接地，兩個外電極(3)、兩個隔離板(6)和內(nèi)電極(4)之間形成兩個等離子體產(chǎn)生腔室(18)，所述氦氣瓶(10)、四氟化碳瓶(11)和氧氣瓶(12)通過流量控制器(17)與兩個第一通孔(5-1)連通，所述內(nèi)電極(4)上加工有第一冷卻通道(4-1)，每個外電極(3)上加工有第二冷卻通道(3-1)，第一冷卻通道(4-1)與第二冷卻通道(3-1)均通過冷卻管(7)與水箱⑶連通，流 量控制器(17)上設置有氦氣控制閥(13)、四氟化碳控制閥(14)和氧氣控制閥(15)，氦氣控制閥(13)用于控制氦氣的流量，四氟化碳控制閥(14)用于控制四氟化碳的流量，氧氣控制閥(15)用于控制氧氣的流量。
2.根據(jù)權利要求I所述的大面積平面光學零件加工裝置，其特征在于所述第一冷卻通道(4-1)呈U字形。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的大面積平面光學零件加工裝置，其特征在于所述加工裝置還包括混氣閥(9)，流量控制器(17)通過混氣閥(9)與兩個第一通孔(5-1)連通。
4.一種利用權利要求I 3中任一權利要求所述的大面積平面光學零件加工方法，其特征在于平面光學零件加工方法步驟如下 步驟一、通過水泵將水箱(8)內(nèi)的冷卻水通入內(nèi)電極(4)和兩個外電極(3)的第一冷卻通道(4-1)和第二冷卻通道(4-2)； 步驟二、打開流量控制器(17)開關，同時打開射頻電源(I)與匹配器電源，對流量控制器(17)和射頻電源(I)預熱10 15分鐘； 步驟三、打開氦氣瓶(10)、四氟化碳瓶(11)和氧氣瓶(12)，其中氦氣瓶(10)為等離子體氣體瓶，四氟化碳瓶(11)為反應氣體瓶，通過流量控制器(17)調(diào)節(jié)氦氣和四氟化碳的氣體流量，氦氣的流量為2L/min 5L/min,四氟化碳的氣體流量為20ml/min 90ml/min ； 步驟四、將待加工工件(16)放置在工作臺面的電極之上，使待加工工件(16)逆時針旋轉(zhuǎn)； 步驟五、打開氦氣控制閥(13)，對射頻電源(I)逐步增加功率，控制功率范圍200W 400W,同時控制反射功率為O ; 步驟六、將工件與射流下方氣體出口對齊，控制穩(wěn)定的等離子體放電，控制炬在等離子體區(qū)域的駐留時間為5min 20min ； 步驟七、關閉射頻電源(1)，關閉等離子體氣體瓶(10)，關閉反應氣體瓶(11)，和氧氣(12)，關閉第一流量控制器(13)和第二流量控制器(14)和第三流量器(15)，取出待加工工件(16)。
全文摘要
大面積平面光學零件加工裝置及加工方法，它涉及一種平面光學零件加工裝置及方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有的等離子體拋光裝置成本高以及拋光方法效率低的問題。兩個外電極與兩個隔離板兩兩相對形成封閉結(jié)構，內(nèi)電極位于兩個外電極，兩個外電極、兩個隔離板和內(nèi)電極之間形成兩個等離子體產(chǎn)生腔室，所述氦氣瓶、四氟化碳瓶和氧氣瓶通過流量控制器與兩個第一通孔連通；方法向電極加冷卻水；對流量控制器預熱；通過流量控制器調(diào)節(jié)氦氣和四氟化碳的氣體流量；將待加工工件放置在工作臺面的電極之上，使待加工工件逆時針旋轉(zhuǎn)；對射頻電源逐步增加功率；控制穩(wěn)定的等離子體放電；關閉射頻電源和閥門，取出待加工工件。本發(fā)明用于大面積平面光學零件加工。
文檔編號B24B1/00GK102744652SQ20121025099
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權日2012年7月19日
發(fā)明者姚英學, 李娜, 王波, 趙璽, 金會良 申請人:哈爾濱工業(yè)大學