[发明专利]一种小口径光学元件抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密光学抛光加工技术领域，涉及一种适用于加工小口径光学元件曲面的抛光方法及装置。

背景技术

随着光学、电子、汽车、航空航天等学科的迅速发展，微小轴对称旋转曲面光学透镜在数码相机、照相手机、车用摄像装置、内窥镜、武器瞄准系统等产品中需求量急剧增长，其加工表面质量要求也越来越严格。高质量微小轴对称旋转曲面镜及其模具，要求纳米级的表面粗糙度和极低的亚表面损伤。北京理工大学研制了用于小口径光学曲面加工的直流脉冲式双电极研磨抛光方法，湖南大学开发了微小磁性工具头进行磁流变斜轴抛光方法。但是上述微细结构的电流变或磁流变抛光刷对工件材料去除能力比较弱，存在难以加工到的死角，且流变液在微小槽路中因流动性很差导致剪切应力低，而带来效率过低的问题。

综上所述，针对几毫米以下的小口径轴对称旋转曲面透镜及微细模具的传统超精密抛光方法虽有提升和改进，但仍存在以下问题：1）加工空间狭小，普通的抛光工具难以进入，特别是对于微小复杂曲面、高陡度的凹形光学元件及其模具等。2）抛光精度不高。无论是利用弹性抛光头还是手工抛光轴对称旋转曲面等形状的工件时，表面粗糙度可以得到改善，但是表面质量难以保证均匀，且易在工件表面残留破坏层。3）抛光效率低下。

发明内容

针对现抛光技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种小口径光学元件抛光装置和利用该装置进行的小口径光学元件抛光方法，该方法首先设计出待加工区域两端的压强差，得到压差效应与吸出效应，使分布均匀的微细磨粒抛光流体在其作用下沿着预先设计的待加工区域表面流动，增加其剪切力，从而对待加工区域表面进行高效率的抛光；在抛光的同时，通过给流动的抛光流体下方的小口径光学元件施加一定频率和振幅的可控振动，形成超声波振动辅助的液体抛光方法及装置。超声振动辅助有助于提高流体中微细磨粒的活性能力，从而增强其滑擦、剪切效果，达到高效率抛光的目的。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种小口径光学元件抛光装置，包括一旋转平台，其结构特点是，所述旋转平台上装有用于上下振动轴对称旋转曲面工件的超声波振动系统；所述轴对称旋转曲面工件装在该超声波振动系统的上端，该轴对称旋转曲面工件上方设有限制微细磨粒流体流量的限流块；所述限流块一侧设有负压槽，该限流块另一侧设有高压槽，所述高压槽通过循环管道与储存微细磨粒流体的储液器的一端连通，所述储液器的另一端通过循环管道与负压槽连通；所述高压槽与储液器之间设有压入泵，所述负压槽与储液器之间设有吸出泵；所述限流块和轴对称旋转曲面工件之间设有连通高压槽和负压槽的抛光槽。

一种利用上述小口径光学元件抛光装置进行小口径光学元件抛光的方法，其工艺流程包括以下步骤：

(1). 将小口径轴对称旋转曲面工件用夹具固定在超声波系统的变幅杆上，调节轴对称旋转曲面工件表面和带有抛光槽的限流块中的调节板表面之间的间隙，一般为0.3mm-1mm；

(2). 在储液器内加入含有微细磨粒的流体，启动储液器中的搅拌装置，使微细磨粒均匀，启动压入泵和吸出泵，微细磨粒流体在压入泵的驱动下经由循环管路、高压槽、抛光槽、负压槽，再通过吸出泵吸出，经由循环管路回到储液器中，在整个加工过程中持续循环流动并不断更新以保持其稳定性；

(3). 启动旋转平台，带动超声波振动系统，驱动轴对称旋转曲面工件旋转；

(4). 启动超声波振动系统中的超声发生器，通过换能器带动变幅杆进行单向超声振动，驱动旋转的轴对称旋转曲面工件同时施加可控频率与振幅的上下方向的超声振动；

(5). 当压入泵与吸出泵运行时，负压槽里压强降低，且小于高压槽内的压强，从而在抛光槽两侧形成压强差，同时在负压槽的低压吸出效应下，含有微细磨粒的流体经过抛光槽从高压槽中压入待加工区域，高速流经其表面，并对其表面进行抛光；同时，其下端的旋转轴对称旋转曲面工件，在垂直方向上超声振动的作用下，将超声波振动能传递给流体及其所含的微细磨粒，提高微细磨粒的活动能力，微细磨粒与加工表面的接触机会增多，相对速度增大，增强其剪切能力，并带来空化效应，实现高效率的抛光。

以下对本发明做进一步的描述。

所提供的这种小口径光学元件抛光方法，包括以下步骤：