[发明专利]一种小口径回转轴对称光学元件抛光装置及方法

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回转轴对称光学元件曲面的流体抛光装置及方法。

背景技术

随着小口径光学元件在数码相机、手机、摄影装置、内窥镜、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高。对小口径回转轴对称的光学元件及模具，一般采用磨削工艺能够达到较高的形状精度与光滑镜面，但在要求严格的场合，磨削后产生的表面缺陷与损伤必须利用游离磨粒抛光以改善表面质量。针对几毫米以下的小口径回转轴对称工件的抛光，由于抛光头难以进入微小抛光区，传统的粘弹性抛光头结合游离磨料的抛光工艺很难应用于微小或高陡度的凹形光学零件的自动抛光。由于微细磨料流体容易进入微小加工区域，流体喷射抛光可以作为镜面磨削后进一步提高表面质量和减少表面缺陷的抛光工序。目前采用高压磨粒射流方式进行抛光。但传统的高压磨粒射流在开放式的常压空气环境中进行，流体受空气动力扰动大，向外扩展影响大，导致抛光点大，从而致使射流束的最小加工尺度受限，而且难以实现形状修正抛光；另外，用于高压射流的高压发生装置结构较复杂，能耗大，成本高，性能不稳定。

发明内容

针对现有小口径回转轴对称光学元件在抛光时，抛光工具难以进入抛光区、高压射流存在部分技术缺陷，本发明旨在提供一种小口径回转轴对称光学元件抛光装置和利用该装置进行的小口径回转轴对称光学元件的负压吸流抛光方法。

该方法首先设计出密封加工区域的负压差，产生吸流效应与空穴效应，利用负压产生的吸流效应使微细磨料从微小限流喷嘴中吸出并对加工面进行微切削，同时负压空穴效应产生的微射流增强流体的冲蚀能力，进而获得超光滑曲面。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述小口径回转轴对称光学元件抛光装置包括密封容器机构2，安装于密封容器机构2内腔中的工作台驱动系统1，与密封容器机构2连接的抛光流体循环系统3；

所述工作台驱动系统1包括能上下运动的伺服升降平台11，设于伺服升降平台11上的能旋转运动的伺服旋转平台12，设于伺服旋转平台12上用于固定回转轴对称曲面工件15的工件支撑台13；

所述密封容器机构2包括圆形支撑台21，设于圆形支撑台21上的密封圆筒22，套在密封圆筒22上部且通过可调定位块24与密封圆筒22锁紧连接的密封支撑盖26；所述可调定位块24、密封圆筒22和密封支撑盖26之间由调位密封圈25密封；所述密封支撑盖26外侧壁上设有伺服摆动电机27；所述工件支撑台13与密封圆筒22内壁之间的环隙由旋转密封圈14密封，使密封容器机构2内腔上部形成密封的负压空间；

所述抛光流体循环系统3包括内部设有搅拌器305的储液箱304，与储液箱304出口连接的吸入管306，与吸入管306连接的摆动管308，与储液箱304进口连接的回流管303，与回流管303连接的吸流泵302，与吸流泵302连接的吸出管301；所述吸出管301与密封支撑盖26顶部连通；所述摆动管308末端设有限流喷嘴309；所述摆动管308穿过伺服摆动电机27中心主轴和密封支撑盖26后伸入密封容器机构2内腔上部负压空间，其末端限流喷嘴309指向工件支撑台13的中心；所述摆动管308与密封支撑盖26之间的环隙由摆动密封圈28密封。

其中，所述可调定位块24上设有锁紧螺钉23，可调定位块24可以旋转调节密封支撑盖26的高度并利用锁紧螺钉23将密封支撑盖26与密封圆筒22锁紧；所述限流喷嘴309的限流通道形状可以为如图4(a)所示的双喇叭（圆锥圆柱圆锥）形，如图4(b)所示的圆锥圆柱形，如图4(c)所示的圆柱形或者如图4(d)所示的圆锥形；所述限流喷嘴309的材料为陶瓷材料；所述工件支撑台13为铝合金材料；所述密封圆筒22采用钢化玻璃材料制作；所述吸流泵302为变量泵，对工件抛光过程中，吸流泵302的真空度大于80%。

作为一种改进，所述吸入管306与摆动管308之间的管道上设有吸入泵307；所述吸入泵307为变量泵，对工件抛光过程中，吸入泵307压力小于4MPa。

本发明还提供了一种基于上述装置的小口径回转轴对称光学元件抛光方法，包括如下步骤：

（1）将小口径回转轴对称曲面工件15固定在工件支撑台13上，调节回转轴对称曲面工件15曲面与限流喷嘴309之间的距离为2mm～10mm；