專利名稱：大面積平面光學(xué)零件加工裝置及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大面積平面光學(xué)零件加工裝置及加工方法。
背景技術(shù)：
近年來，對于大型精密光學(xué)零件的需求越來越多，采用傳統(tǒng)方法加工光學(xué)元件，導(dǎo)致光學(xué)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(xué)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(xué)零件的精加工所面臨的主要問題是效率低。等離子體化學(xué)拋光是使反應(yīng)氣體處于活躍的等離子體中，激發(fā)了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)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(xué)反應(yīng)的進(jìn)行去除效率更高。
等離子體化學(xué)拋光已經(jīng)得到人們廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)有的等離子體拋光裝置是在真空環(huán)境下進(jìn)行的，導(dǎo)致現(xiàn)有的光學(xué)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(xué)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(jìn)而提出一種大面積平面光學(xué)零件加工裝置及加工方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的一種大面積平面光學(xué)零件加工裝置包括射頻電源、接地線、內(nèi)電極、導(dǎo)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(gòu)成等離子體平板放電結(jié)構(gòu)，兩個外電極對稱設(shè)置，兩個外電極與兩個隔離板兩兩相對形成封閉結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流板設(shè)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(dǎo)流板且內(nèi)電極位于兩個外電極之間，所述導(dǎo)流板上沿長度方向加工有兩個第一通孔，兩個第一通孔關(guān)于內(nèi)電極對稱設(shè)置，所述導(dǎo)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(yīng)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(shè)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(xué)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(guān)，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(yù)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(yīng)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(guān)閉射頻電源，關(guān)閉等離子體氣體瓶，關(guān)閉反應(yīng)氣體瓶，和氧氣，關(guān)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(xué)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(jìn)行長時間的加工，使得反應(yīng)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(xué)零件加工裝置在非真空環(huán)境下進(jìn)行，與現(xiàn)有的等離子體拋光裝置是在真空環(huán)境下進(jìn)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(xué)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(xué)零件的加工效率，對于球面和非球面光學(xué)零件，可以通過改變電極端部的形狀達(dá)到符合待加工工件表面面型，因而加工應(yīng)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(jìn)行表面變質(zhì)層的去除；本發(fā)明的大面積平面光學(xué)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(yīng)產(chǎn)物能夠及時排出，避免了反應(yīng)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(xué)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(xué)零件可以達(dá)到均勻的高速加工。


圖I是本發(fā)明的大面積平面光學(xué)零件加工裝置的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是等離子體平板放電結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3是導(dǎo)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(xué)零件加工裝置包括射頻電源I、接地線2、內(nèi)電極4、導(dǎo)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(gòu)成等離子體平板放電結(jié)構(gòu)，兩個外電極3對稱設(shè)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(gòu)，所述導(dǎo)流板5設(shè)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(dǎo)流板5且內(nèi)電極4位于兩個外電極3之間，所述導(dǎo)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(guān)于內(nèi)電極對稱設(shè)置，所述導(dǎo)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(yīng)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(shè)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(shè)計，可以降低內(nèi)電極的溫度。其它組成及連接關(guān)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(shè)計，可以對流量控制器17內(nèi)的氣體進(jìn)行充分混合。其它組成及連接關(guān)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(xué)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(guān)，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(yù)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(yīng)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(guān)閉射頻電源1，關(guān)閉等離子體氣體瓶10，關(guān)閉反應(yīng)氣體瓶11，和氧氣12，關(guān)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(xué)零件進(jìn)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(dāng)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(yīng)的進(jìn)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(jìn)行了接觸式放電加工，可以滿足大距離的加工要求。
權(quán)利要求
1.一種大面積平面光學(xué)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(dǎo)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(gòu)成等離子體平板放電結(jié)構(gòu)，兩個外電極(3)對稱設(shè)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(gòu)，所述導(dǎo)流板(5)設(shè)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(dǎo)流板(5)且內(nèi)電極(4)位于兩個外電極(3)之間，所述導(dǎo)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(guān)于內(nèi)電極對稱設(shè)置，所述導(dǎo)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(yīng)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(shè)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(quán)利要求I所述的大面積平面光學(xué)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(quán)利要求I或2所述的大面積平面光學(xué)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(quán)利要求I 3中任一權(quán)利要求所述的大面積平面光學(xué)零件加工方法，其特征在于平面光學(xué)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(guān)，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(yù)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(yīng)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(guān)閉射頻電源(1)，關(guān)閉等離子體氣體瓶(10)，關(guān)閉反應(yīng)氣體瓶(11)，和氧氣(12)，關(guān)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(xué)零件加工裝置及加工方法，它涉及一種平面光學(xué)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(gòu)，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(yù)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(guān)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(xué)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(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者姚英學(xué), 李娜, 王波, 趙璽, 金會良 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)