[发明专利]一种流体动压抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及先进光学制造技术领域，具体而言，涉及一种流体动压抛光方法及装置。

背景技术

精密光学元件利于获得高品质光学特性和高质量图像效果，在航空、航天、国防以及高科技民用领域应用越来越广泛。现代光学系统对光学元件提出了更高的要求，如超高精度、无缺陷、无应力、超光滑等，这些要求对制造提出了更多的挑战。传统光学制造技术已经远远不能适应精密光学元件的广泛需求，光学制造已开始向现代先进光学制造方向转变。

针对精密光学元件的制造需求以及传统光学制造技术的弊端，国内外重点发展基于计算机控制光学表面成形(CCOS,computer controlled optical surfacing)原理的各种特种加工技术，包括磁流变抛光技术(Magnetorheological Finishing，MRF)、离子束抛光技术(Ion Beam Figuring，IBF)、射流抛光技术(Fluid jet polishing,FJP)等。这些特种加工技术的共同特点如下：研磨抛光工具的“柔度”可以通过计算机的控制而改变，从而强化了工件曲率变化的适应能力，达到了保持去除函数的长期稳定性的目标，甚至可以方便地改变工具的“柔度”以适应不同需求的研抛过程，这一过程也可称为柔性抛光过程。

柔性抛光的基本机理包括使用新型抛光工具以及智能材料柔性抛光头。接触柔性抛光(如2000年英国伦敦大学学院提出的气囊抛光、20世纪90年代初美国罗彻斯特大学研究的磁流变抛光)未消除边缘效应；且由于抛光头尺寸的限制很难加工凹形高陡度非球面。针对柔性接触抛光的局限性，1998年荷兰Delft理工大学提出射流抛光方法，依靠动能磨粒流冲击工件表面实现材料的塑性去除，属于非接触柔性抛光。射流抛光无边缘效应；且射流束截面面积小，可加工高陡度深凹非球面。

针对极紫外光刻系统(Extreme ultraviolet lithography,EUVL)中使用的元件加工精度要求，依靠磨粒的机械去除作用很难实现其加工精度，需通过其他加工原理的非接触超精密抛光进行表面修正。如采用连续的粒子流冲击工件表面产生原子级结合(如1987年日本大阪大学提出的弹性发射加工)或离子溅射(如1988年美国新墨西哥大学完善的离子束加工)，以及采用化学方式(如1993年日本大阪大学提出的等离子体化学蒸发加工)实现工件表面材料的原子级去除。

不难看出，随着光学元件应用范围的拓展(如低能粒子束聚焦)以及应用精度的提高(如下一代光刻技术)，非球面元件表面质量要求趋向于原子级，要求表面完整，无亚表面损伤与晶格缺陷。

使用无接触加工方式来实现原子级的高效无损伤材料去除成为当前特种加工技术的一个发展方向。但是，现有的无接触式加工方法中，大多存在去除函数稳定性差、抛光工具与工件之间间隙难以控制的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流体动压抛光方法及装置，以改善上述问题。

本发明较佳实施例提供一种流体动压抛光方法，应用于包括气囊抛光工具、精密测力台、精密位移台以及抛光液供给系统的流体动压抛光装置，其中，所述精密测力台位于所述精密位移台之上，待抛光工件位于所述精密测力台之上，所述方法包括：通过所述精密测力台与精密位移台使所述气囊抛光工具与待抛光工件之间达到临界接触状态；抛光时，由所述抛光液供给系统向所述气囊抛光工具与待抛光工件之间供给抛光液，并控制所述气囊抛光工具转动以带动所述抛光液在所述待抛光工件与该气囊抛光工具之间产生流体动压。

可选地，通过所述精密测力台与精密位移台使所述气囊抛光工具与待抛光工件之间达到临界接触状态的步骤包括：利用所述精密测力台测量所述气囊抛光工具在转动靠近所述待抛光工件的过程中，对所述待抛光工件的作用力是否达到预设压力范围；若对所述待抛光工件的作用力达到了所述预设压力范围，控制所述气囊抛光工具停止转动靠近，并调节所述精密位移台使所述待抛光工件逐渐远离所述气囊抛光工具直至所述精密测力台测量的压力值首次为零。

可选地，所述气囊抛光工具包括球形橡胶气囊以及贴附于所述球形橡胶气囊上的抛光垫；在通过所述精密测力台与精密位移台使所述气囊抛光工具与待抛光工件之间达到临界接触状态的步骤之前，该方法还包括：

对所述气囊抛光工具进行修整以矫正存在的误差因素，其中，所述误差因素包括所述球形橡胶气囊的制造误差、所述抛光垫的厚度误差以及所述橡胶气囊与抛光垫的粘贴误差。