[发明专利]大型浸没式环抛机

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件表面或者微电子中晶片抛光设备，尤其是对大尺寸光学玻璃元器件的表面进行精密抛光的大型环形抛光机，特别针对环抛工艺中高面形精度和表面粗糙度的平面光学元件加工。

背景技术

环形抛光机是目前世界上几乎唯一的大口径、全局化平面光学元件加工技术，它是将待抛光工件在一定的压力及抛光液的存在下相对于抛光胶盘做旋转运动，借助磨粒的机械磨削作用以及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除并获得光洁表面。与其它技术相比，这种技术可以同时实现大口径工件的局部和全局平面化，能够消除工件表面的高点和波浪形，消除高频缺陷，表面加工质量能够达到超光滑的程度；平面化速度快，加工精度高，应用范围广，生产成本低，适合工业大规模推广。环抛机是这种技术的主要载体。随着现代科学技术的飞速发展，光学元件的通光口径和加工精度要求越来越高，因此环抛机也向大型化、自动化的方向发展，台面直径由原来的1m、1.2m逐渐发展到目前的2.4m，2.8m甚至4m以上等，而且机械化、自动化程度越来越高。一般来说，环抛机主要包括一个由电机驱动旋转的大理石抛光盘，该抛光盘的上表面浇注一层均匀的抛光胶盘，抛光胶盘上还有调节抛光胶盘面形的校正盘，参见图所示。当环抛机开始工作时，将待加工工件平放在抛光胶盘上，同时开动电机驱动抛光盘以一定的速度绕中心旋转，同时在抛光胶盘上喷洒一定量的抛光液，抛光液中含有特殊粒径、尺寸、形状的抛光粉颗粒。当抛光盘以一定的速度转动时，工件在抛光胶盘上同时做无规则的移动或转动，并与抛光胶盘上的抛光粉颗粒产生摩擦作用，从而对工件与抛光胶盘的接触面进行材料去除以获得光滑表面。由上述可知，工件表面的去除主要依靠工件与抛光粉的摩擦作用，该摩擦作用同时产生大量的热和碎屑，会影响抛光环境的热稳定性和抛光液的纯度指标，会进一步影响光学元件的面形精度和表面粗糙度。

随着现代科学技术的飞速发展，很多领域对光学元件的表面加工精度提出了更高的要求；同时对大型环抛机加工光学元件领域的环境问题和能源问题也越来越重视。在传统的环抛过程中，由于工件与抛光蜡板的持续摩擦，会在接触部位产生较大的热量，如果这些热量不能及时传播出去，则会对工件的抛光性能造成很大的影响，尤其是工件的面形控制受温度的影响非常大。浸没式环抛机与传统环形抛光机的主要技术优势是实现了大型工件的浸液抛光。通过将工件置于浸没式的抛光环境中相对于以前裸露抛光环境的温度平衡性更好，可控性更高，另外由于抛光液的比热比空气高，降低了对环境温差的控制要求，再加上抛光液可以循环过滤供应，抛光胶盘与工件间、工件与外部环境间以及抛光胶盘与外部环境间积累的热量可以及时得到扩散，剩余的热量积累非常小，完全可以忽略不计，避免了由于抛光胶盘、工件以及外部环境的温度不同而造成了工件面形、表面疵病以及表面粗糙度等参数的变化，因而非常有利于工件的高精度面形控制。此外，在环抛加工过程中，抛光液的添加和排出是连续进行的，这可以为抛光过程提供充足的抛光粉颗粒达到最大磨削率的效果。目前利用环抛机加工光学元件采用的抛光粉主要为CeO₂，是一种重金属元素氧化物，对于环境和人体的危害很大。传统的环抛加工中，抛光液的添加为人工一次性添加方式，即工人自发的将抛光液直接喷洒到抛光胶盘上，随着抛光过程的进行，使用后的抛光液不经过后处理直接排放到环境中。这样既造成了很大的浪费，提高了生产成本，又对周围环境造成较大的污染。据统计，一台环抛机一天的抛光液消耗量约为两千元，这不利于该领域长期的、可持续发展的要求。此外，传统的人工添加抛光液的操作方式对工人的经验依赖较大，缺乏长时间的稳定性和可控性，不利于抛光液的实时监控和检测，标准化程度低。最后，现代大型环抛机直径往往达4m以上，单纯依靠人工方式缺乏对抛光胶盘的整体性把握，容易造成抛光液添加不稳定，工件磨削不均匀，而且人工添加方式劳动强度大，工作效率低，不能实现抛光的确定性加工。

目前的大型环抛机多数为非浸没式抛光，抛光粉添加为人工式添加方式，既造成较大的浪费，又对工人和环境造成一定的危害；另外，虽然某些单位实现了浸没式的加工方式，但只是单纯的将工件浸没在抛光液中，没有对抛光液进行进一步的过滤和细化处理，抛光效果较差，不能体现出浸没式抛光方式的优势。

本发明不仅实现了环抛的浸没式加工方式，还对抛光液进行过滤和细化处理，不仅实现了较好的抛光效果，而且还节约了成本，降低了环境污染程度。

发明内容