一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置及溫度控制方法
【專利摘要】一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置及溫控方法屬于光學(xué)加工【技術(shù)領(lǐng)域】，該裝置包括制冷單元、加熱單元、內(nèi)循環(huán)回路和控制單元，所述制冷單元用于將拋光液的溫度降低到設(shè)定值，制冷單元包括壓縮機(jī)、冷交換器、散熱器和膨脹閥；所述內(nèi)循環(huán)回路包括拋光液儲(chǔ)液箱、拋光液循環(huán)泵、熱交換器和冷交換器；所述控制單元包括液位傳感器、攪拌電機(jī)、聲光報(bào)警器、加熱器、清水箱內(nèi)溫度傳感器、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器、控制器和電源接口。本發(fā)明具有較寬溫度控制范圍和高溫度控制精度，同時(shí)保證了拋光液的腐蝕性不會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生影響，且被動(dòng)加熱方式保證了拋光液的分子特性不會(huì)被破壞。
【專利說明】—種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置及溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置及溫控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)中，通常光學(xué)元件的表面粗糙度Ra〈0.012 μ m即可以使用；但在短波光學(xué)領(lǐng)域，特別是強(qiáng)激光、軟X射線以及光刻系統(tǒng)等，對(duì)光學(xué)元件表面粗糙度的要求極為苛刻，其明顯特征是表面粗糙度要求小于lnm。
[0003]拋光是光學(xué)加工過程中必不可少的一種精密加工工藝，在該加工工藝過程中拋光液是必不可少的加工輔料。拋光液是由拋光粉和水按照一定比例混合而成的懸池液，具有一定的酸堿性或腐蝕性。不可避免地會(huì)對(duì)儲(chǔ)液罐、管路、閥體等造成一定損害。且拋光液具有易結(jié)晶的特點(diǎn)，如果殘留的拋光液不及時(shí)清理掉會(huì)形成結(jié)晶，結(jié)晶碎片的存在會(huì)影響閥體、泵等器件的正常工作，同時(shí)結(jié)晶碎片混合在拋光液中也會(huì)對(duì)拋光液造成污染從而對(duì)加工的光學(xué)工件表面產(chǎn)生劃痕。
[0004]拋光液具有低腐蝕性，加工完后直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成損害，還會(huì)增加光學(xué)元件加工成本，需要對(duì)拋光液進(jìn)行純化并回收利用。
[0005]光學(xué)加工中采用非接觸拋光技術(shù)使得工件與磨頭在加工過程中不發(fā)生接觸，依靠磨料粒子(或離子束)沖擊工件表面達(dá)到去除材料的目的，實(shí)現(xiàn)微納級(jí)光學(xué)元件的加工。在加工過程中，拋光液直接對(duì)光學(xué)表面進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)去除，拋光液在加工過程中裸露在空氣中，特別是針對(duì)大口徑的光學(xué)元件及高精度的加工需要時(shí)間相對(duì)較長，而且伴隨拋光過程中工件臺(tái)旋轉(zhuǎn)吸熱以及載液水分的蒸發(fā)等，拋光液的溫度及成分會(huì)發(fā)生變化，影響加工的精度。
[0006]因此，需要一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置，保證高精度拋光液的恒溫供給，才能保證拋光模型和去除函數(shù)的穩(wěn)定，從而能夠保證加工光學(xué)元件面形精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置及其溫控方法，該方法具有較寬溫度控制范圍和高溫度控制精度，同時(shí)保證了拋光液的腐蝕性不會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生影響，同時(shí)被動(dòng)加熱方式保證了拋光液的分子特性不會(huì)被破壞。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下述的技術(shù)方案:
[0009]一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置，用于輸送高精度恒溫拋光液給外部光學(xué)加工設(shè)備，其包括制冷單元、加熱單元、內(nèi)循環(huán)回路、控制單元；所述制冷單元包括壓縮機(jī)及制冷劑、冷交換器、膨脹閥、散熱器，所述壓縮機(jī)的進(jìn)口端與散熱器的出口端連接，壓縮機(jī)的出口端與冷交換器內(nèi)的盤管一端連接，所述的冷交換器的另一端與膨脹閥相連接，膨脹閥另一端與散熱器的入口端連接。制冷單元的開關(guān)可以通過控制單元控制；所述加熱單元包括清水箱、加熱器、清水循環(huán)泵、熱交換器，所述清水箱的出口與清水循環(huán)泵入口端連接，清水循環(huán)泵的出口端與熱交換器的入口連接，所述熱交換器的出口端與清水箱入口端連接，加熱器的熱功率可以通過控制單元調(diào)節(jié)；所述內(nèi)循環(huán)回路包括拋光液儲(chǔ)液箱、拋光液循環(huán)泵、冷交換器、熱交換器，所述拋光液儲(chǔ)液箱的出口端與冷交換器的入口端連接，冷交換器的出口端與熱交換器內(nèi)盤管的入口端連接，熱交換器內(nèi)盤管的出口端與拋光液儲(chǔ)液箱的入口端連接；所述控制單元包括控制器、電源接口、聲光報(bào)警器、液位傳感器、攪拌電機(jī)、清水箱內(nèi)溫度傳感器、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器、加熱器，所述液位傳感器對(duì)拋光液儲(chǔ)液箱內(nèi)液位信息進(jìn)行采集并反饋到控制器，所述攪拌電機(jī)通過控制器控制轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，所述加熱器的熱功率可以通過控制器調(diào)節(jié)；所述聲光報(bào)警器通過控制器對(duì)低液位或過熱等進(jìn)行聲光報(bào)警；所述清水箱內(nèi)及拋光液箱內(nèi)溫度傳感器對(duì)箱內(nèi)液體溫度信息進(jìn)行采集并反饋到控制器；所述電源接口設(shè)置在箱體上，其用于與外部電源連接；所述制冷單元、加熱單元、內(nèi)循環(huán)回路和控制單元均放置在箱體內(nèi)，箱體的出液口經(jīng)過濾器后連接到拋光液儲(chǔ)液箱，出液口為光學(xué)加工用拋光液的出口 ；箱體的入液口經(jīng)過濾器后連接到拋光液儲(chǔ)液箱，入液口為對(duì)光學(xué)加工后的拋光液進(jìn)行回收的入口。
[0010]基于上述光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置的溫控方法，包括如下步驟:
[0011]步驟一、清水箱內(nèi)溫度傳感器采集清水的溫度值并發(fā)送給控制器，拋光液箱內(nèi)溫度傳感器采集拋光液的溫度值并發(fā)送給控制器；
[0012]步驟二、控制器將清水箱內(nèi)溫度傳感器和拋光液箱內(nèi)溫度傳感器采集的溫度值與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，若拋光液箱內(nèi)溫度傳感器采集的溫度值大于溫度設(shè)定值，則執(zhí)行步驟三；若拋光液溫度傳感器采集溫度值小于設(shè)定值，則執(zhí)行步驟四；
[0013]步驟二、控制器對(duì)制冷單兀、攬祥電機(jī)發(fā)出指令，制冷單兀開啟，壓縮機(jī)輸出最大制冷量，使拋光液溫度值接近設(shè)定值，完成溫度控制；
[0014]步驟四、控制器對(duì)制冷單元、加熱器發(fā)送指令，關(guān)閉制冷單元及其輸出制冷量，增大加熱器的輸出熱功率，使拋光液的溫度接近溫度設(shè)定值，完成溫度控制。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:該方法具有較寬溫度控制范圍和高溫度控制精度，同時(shí)保證了拋光液的腐蝕性不會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生影響，且被動(dòng)加熱方式保證了拋光液的分子特性不會(huì)被破壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為采用本發(fā)明裝置的溫度控制后拋光液儲(chǔ)液箱、清水箱及環(huán)境的溫度曲線。
[0018]圖3為采用本發(fā)明裝置的溫度控制穩(wěn)定后拋光液儲(chǔ)液箱內(nèi)溫度曲線。
[0019]其中:1、箱體，2、清水箱，3、拋光液儲(chǔ)液箱，4、液位傳感器，5、攪拌電機(jī)，6、聲光報(bào)警器，7、加熱器，8、清水箱內(nèi)溫度傳感器，9、過濾器，10、入液口，11、過濾器，12、出液口，13、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器，14、清水循環(huán)泵，15、拋光液循環(huán)泵，16、控制器，17、電源接口，18、熱交換器，19、冷交換器，20、膨脹閥，21、散熱器，22、壓縮機(jī)，23、制冷單元。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置包括箱體1、制冷單元23、力口熱單元、內(nèi)循環(huán)回路和控制單元。
[0022]所述制冷單元23用于將拋光液的溫度降低到設(shè)定值，所述制冷單元23包括壓縮機(jī)22、冷交換器19、散熱器21、膨脹閥20等，所述壓縮機(jī)22的進(jìn)口端與散熱器21的出口端連接，壓縮機(jī)22的出口端與冷交換器19內(nèi)的盤管一端連接，所述的冷交換器19的另一端與膨脹閥20相連接，膨脹閥20另一端與散熱器21的入口端連接。所述壓縮機(jī)22將制冷劑壓縮成高溫高壓的蒸汽，流經(jīng)冷交換器19內(nèi)盤管冷凝成液體，同時(shí)與冷交換器19箱體內(nèi)的拋光液通過管壁熱交換，降低拋光液溫度。液體制冷劑通過膨脹閥20后流入散熱器21內(nèi)氣化成低壓的氣態(tài)蒸汽，再通過壓縮機(jī)22壓縮成高溫高壓的蒸汽循環(huán)制冷。制冷單元23的開關(guān)可以通過控制器16控制。
[0023]所述加熱單元用于將拋光液的溫度升高到設(shè)定值。所述加熱單元包括清水箱2、加熱器7、清水循環(huán)泵14、熱交換器18，所述清水箱2通過加熱器7將清水溫度加熱，所述清水箱2的出口與清水循環(huán)泵14入口端連接，清水循環(huán)泵14的出口端與熱交換器18的入口連接，所述熱交換器18的出口端與清水箱2入口端連接。通過熱交換器18箱體內(nèi)的清水與熱交換器18盤管內(nèi)拋光液進(jìn)行熱交換，使得拋光液溫度升高。加熱器7的熱功率可以通過控制器16調(diào)節(jié)。
[0024]所述內(nèi)循環(huán)回路包括拋光液儲(chǔ)液箱3、拋光液循環(huán)泵15、冷交換器19、熱交換器18，所述拋光液儲(chǔ)液箱3的出口端與冷交換器18的入口端連接，冷交換器19的出口端與熱交換器18內(nèi)盤管的入口端連接，熱交換器18內(nèi)盤管的出口端與拋光液儲(chǔ)液箱3的入口端連接。拋光液在內(nèi)循環(huán)回路內(nèi)流經(jīng)冷交換器18、熱交換器18使得溫度控制到設(shè)定值。
[0025]所述控制單元包括控制器16、電源接口 17、聲光報(bào)警器6、液位傳感器4、攪拌電機(jī)5、清水箱內(nèi)溫度傳感器8、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器13、加熱器7，所述液位傳感器4對(duì)拋光液儲(chǔ)液箱3內(nèi)液位信息進(jìn)行采集并反饋到控制器16，所述攪拌電機(jī)5通過控制器16控制轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，所述加熱器7的熱功率可以通過控制器16調(diào)節(jié)。所述聲光報(bào)警器6通過控制器16對(duì)低液位或過熱等進(jìn)行聲光報(bào)警。所述清水箱內(nèi)溫度傳感器8及拋光液儲(chǔ)液箱內(nèi)溫度傳感器13對(duì)箱內(nèi)液體溫度信息進(jìn)行采集并反饋到控制器16。所述電源接口 17設(shè)置在箱體I上，其用于與外部電源連接。
[0026]所述光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置內(nèi)所有器件都放置在外部箱體I內(nèi)，箱體I的出液口 12經(jīng)過濾器11后連接到拋光液儲(chǔ)液箱3，出液口 12為光學(xué)加工用拋光液的出口 ；箱體I的入液口 10經(jīng)過濾器9后連接到拋光液儲(chǔ)液箱3，入液口 10為對(duì)光學(xué)加工后的拋光液進(jìn)行回收的入口。
[0027]所述膨脹閥20可以采用熱力膨脹閥、電子膨脹閥或孔板。所述壓縮機(jī)22可以選用數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)、定頻壓縮機(jī)或變頻壓縮機(jī)。
[0028]所述光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置內(nèi)所有器件都采用不銹鋼材料或復(fù)合材料，腐蝕性不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。
[0029]所述清水箱2、拋光液儲(chǔ)液箱3、熱交換器18、冷交換器19及連接管路包裹隔熱棉降低與外部環(huán)境的熱交換。
[0030]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置所采用的溫度控制方法，包括步驟如下:
[0031]清水箱內(nèi)溫度傳感器8、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器13分別采集清水及拋光液的溫度值并發(fā)送給控制器16 ；
[0032]控制器16判斷所述溫度傳感器8、溫度傳感器13采集的溫度值與設(shè)定值的大小，并根據(jù)判斷結(jié)果，向加熱器7、制冷單元23、攪拌電機(jī)5發(fā)送控制指令；加熱器7及制冷單元23、攪拌電機(jī)5接收到指令，對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)制冷量及加熱功率，使拋光液的溫度接近設(shè)定值。
[0033]具體如下:
[0034]當(dāng)拋光液的溫度傳感器13采集的溫度值大于設(shè)定值，則控制器16對(duì)制冷單元23、加熱器7、攪拌電機(jī)5發(fā)出指令，制冷單元23開啟，壓縮機(jī)輸出最大制冷量，加熱器7熱功率降低，使拋光液溫度值接近設(shè)定值。
[0035]當(dāng)拋光液溫度傳感器13采集溫度值小于設(shè)定值，控制器16對(duì)制冷單元23發(fā)送指令，關(guān)閉制冷單元23，增加加熱器7的輸出熱功率，使拋光液的溫度快速接近溫度設(shè)定值。
[0036]如圖2所示，其為裝置溫度設(shè)定值為22攝氏度，拋光液儲(chǔ)液箱3內(nèi)溫度、清水箱2內(nèi)溫度、外環(huán)境的溫度變化曲線圖。
[0037]如圖3所示，其為拋光液儲(chǔ)液箱3內(nèi)溫度傳感器13采集溫度穩(wěn)定后的溫度曲線，溫度控制精度可以達(dá)到±0.02°C。
[0038]液位傳感器4采集拋光液儲(chǔ)液箱3內(nèi)的液位信息發(fā)送給控制器16。控制器16判斷液位傳感器4的液位信息并與高、低液位預(yù)置值比較，根據(jù)結(jié)果發(fā)送控制指令給聲光報(bào)警器6，如果超過預(yù)置值，則聲光報(bào)警提醒。
[0039]以上為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但絕非對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置，包括制冷單元(23)、加熱單元、內(nèi)循環(huán)回路和控制單元，其特征在于: 所述制冷單元(23)用于將拋光液的溫度降低到設(shè)定值，所述制冷單元(23)包括壓縮機(jī)(22)、冷交換器(19)、散熱器(21)和膨脹閥(20)，所述壓縮機(jī)(22)的進(jìn)口端與散熱器(21)的出口端連接，壓縮機(jī)(22)的出口端與冷交換器(19)內(nèi)的盤管一端連接，冷交換器(19)的另一端與膨脹閥(20)相連接，膨脹閥(20)的另一端與散熱器(21)的入口端連接；所述內(nèi)循環(huán)回路包括拋光液儲(chǔ)液箱(3)、拋光液循環(huán)泵(15)、熱交換器(18)和冷交換器(19)，所述拋光液儲(chǔ)液箱(3)的出口端與冷交換器(18)的入口端連接，冷交換器(19)的出口端與熱交換器(18)內(nèi)盤管的入口端連接，熱交換器(18)內(nèi)盤管的出口端與拋光液儲(chǔ)液箱⑶的入口端連接； 所述控制單元包括液位傳感器(4)、攪拌電機(jī)(5)、聲光報(bào)警器(6)、加熱器(7)、清水箱內(nèi)溫度傳感器(8)、拋光液箱內(nèi)溫度傳感器(13)、控制器(16)和電源接口(17)，所述液位傳感器(4)對(duì)拋光液儲(chǔ)液箱(3)內(nèi)液位信息進(jìn)行采集并反饋到控制器(16)，所述攪拌電機(jī)(5)通過控制器(16)控制轉(zhuǎn)速，所述加熱器(7)的熱功率通過控制器(16)調(diào)節(jié)；所述聲光報(bào)警器(6)通過控制器(16)對(duì)高、低液位或過熱進(jìn)行聲光報(bào)警；所述清水箱內(nèi)溫度傳感器(8)對(duì)箱內(nèi)清水溫度信息進(jìn)行采集并反饋到控制器(16)，所述拋光液箱內(nèi)溫度傳感器(13)對(duì)箱內(nèi)拋光液溫度信息進(jìn)行采集并反饋到控制器(16);所述電源接口(17)設(shè)置在箱體(I)上，其用于與外部電源連接； 所述制冷單元(23)、加熱單元、內(nèi)循環(huán)回路和控制單元均放置在箱體(I)內(nèi)，箱體(I)的出液口(12)經(jīng)過濾器(11)后連接到拋光液儲(chǔ)液箱(3)，箱體(I)的入液口(10)經(jīng)過濾器(9)后連接到拋光液儲(chǔ)液箱(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置，其特征在于，所述膨脹閥(20)為熱力膨脹閥或電子膨脹閥或孔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置，其特征在于，所述壓縮機(jī)(22)為渦旋壓縮機(jī)或定頻壓縮機(jī)或變頻壓縮機(jī)。
4.基于上述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)加工用拋光液恒溫供給裝置的溫度控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一、清水箱內(nèi)溫度傳感器(8)采集清水的溫度值并發(fā)送給控制器(16)，拋光液箱內(nèi)溫度傳感器(13)采集拋光液的溫度值并發(fā)送給控制器(16)；步驟二、控制器(16)將清水箱內(nèi)溫度傳感器(8)和拋光液箱內(nèi)溫度傳感器(13)采集的溫度值與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，若拋光液箱內(nèi)溫度傳感器(13)采集的溫度值大于溫度設(shè)定值，則執(zhí)行步驟三；若拋光液溫度傳感器(13)采集溫度值小于設(shè)定值，則執(zhí)行步驟四；步驟三、控制器(16)對(duì)制冷單元(23)、攪拌電機(jī)(5)發(fā)出指令，制冷單元(23)開啟，壓縮機(jī)(22)輸出最大制冷量，使拋光液溫度值接近設(shè)定值，完成溫度控制； 步驟四、控制器(16)對(duì)制冷單元(23)、加熱器(7)發(fā)送指令，關(guān)閉制冷單元(23)及其輸出制冷量，增大加熱器(7)的輸出熱功率，使拋光液的溫度接近溫度設(shè)定值，完成溫度控制。
【文檔編號(hào)】F25B29/00GK104029129SQ201410250596
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】崔洋, 陳華男, 尹志生, 李佩玥, 彭吉, 王紹治, 隋永新, 楊懷江 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所