[发明专利]大面积平面光学零件加工装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大面积平面光学零件加工装置及加工方法。

背景技术

近年来，对于大型精密光学零件的需求越来越多，采用传统方法加工光学元件，导致光学元件表面损伤和亚表面损伤，因此需要后续的抛光，比如气囊抛光、化学抛光或磁流变抛光等，上述抛光方法存在的主要问题是加工周期长，即目前大型光学零件的精加工所面临的主要问题是效率低。

等离子体化学抛光是使反应气体处于活跃的等离子体中，激发了化学反应的进行，等离子体抛光属于非接触抛光，避免了表面和亚表面损伤产生的同时，由于化学反应的进行去除效率更高。

等离子体化学抛光已经得到人们广泛的应用，但现有的等离子体抛光装置是在真空环境下进行的，导致现有的光学零件加工装置成本高；现有的点接触式放电方法和小口径同轴放电方法对于大型超精密光学零件的加工，依然存在效率低的问题。

发明内容

本发明为解决现有的等离子体抛光装置成本高以及现有的等离子体抛光方法效率低的问题，进而提出一种大面积平面光学零件加工装置及加工方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的一种大面积平面光学零件加工装置包括射频电源、接地线、内电极、导流板、冷却管、水箱、流量控制器、氦气瓶、四氟化碳瓶、氧气瓶、两个外电极和两个隔离板，所述射频电源、接地线、内电极、两个外电极和两个隔离板构成等离子体平板放电结构，两个外电极对称设置，两个外电极与两个隔离板两两相对形成封闭结构，所述导流板设置在两个外电极的上部且位于两个外电极之间，内电极的下端穿过导流板且内电极位于两个外电极之间，所述导流板上沿长度方向加工有两个第一通孔，两个第一通孔关于内电极对称设置，所述导流板上沿长度方向加工有两排第二通孔，每个第一通孔与对应的一排第二通孔相互连通，所述射频电源与内电极连接，所述两个外电极通过接地线接地，两个外电极、两个隔离板和内电极之间形成两个等离子体产生腔室，所述氦气瓶、四氟化碳瓶和氧气瓶通过流量控制器与两个第一通孔连通，所述内电极上加工有第一冷却通道，每个外电极上加工有第二冷却通道，第一冷却通道与第二冷却通道均通过冷却管与水箱连通，流量控制器上设置有氦气控制阀、四氟化碳控制阀和氧气控制阀，氦气控制阀用于控制氦气的流量，四氟化碳控制阀用于控制四氟化碳的流量，氧气控制阀用于控制氧气的流量。

本发明的大面积平面光学零件加工方法是按着以下步骤实现的：

步骤一、通过水泵将水箱内的冷却水通入内电极和两个外电极的第一冷却通道和第二冷却通道；

步骤二、打开流量控制器开关，同时打开射频电源与匹配器电源，对流量控制器和射频电源预热10～15分钟；

步骤三、打开氦气瓶、四氟化碳瓶和氧气瓶，其中氦气瓶为等离子体气体瓶，四氟化碳瓶为反应气体瓶，通过流量控制器调节氦气和四氟化碳的气体流量，氦气的流量为2L/min～5L/min，四氟化碳的气体流量为20ml/min～90ml/min；

步骤四、将待加工工件放置在工作台面的电极之上，使待加工工件逆时针旋转；

步骤五、打开氦气控制阀，对射频电源逐步增加功率，控制功率范围200W～400W，同时控制反射功率为0；

步骤六、将工件与射流下方气体出口对齐，控制稳定的等离子体放电，控制炬在等离子体区域的驻留时间为5min～20min；

步骤七、关闭射频电源，关闭等离子体气体瓶，关闭反应气体瓶，和氧气，关闭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。

本发明的有益效果是：

本发明的大面积平面光学零件加工装置在外电极和内电极的内部均加工有冷却通道，实现了加工过程中的电极冷却，降低了加工过程中的电极温度，从而可以进行长时间的加工，使得反应离子的活性相对较高，同时本发明的加工装置具有两个等离子体产生腔室，与现有的单等离子体腔室相比，大大提高了去除率，即大大提高了加工效率，加工效率提高了十倍左右；

本发明的大面积平面光学零件加工装置在非真空环境下进行，与现有的等离子体抛光装置是在真空环境下进行相比，大大降低了成本，装置成本仅为现有的等离子体抛光装置的十分之一；

本发明的大面积平面光学零件加工方法可以采用射流和接触式放电加工共同作用，可以提高大型光学零件的加工效率，对于球面和非球面光学零件，可以通过改变电极端部的形状达到符合待加工工件表面面型，因而加工应用范围更为广泛；同时本发明可以对于已经产生表面变质层的工件进行表面变质层的去除；