消除光学玻璃亚表面裂纹的装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学玻璃精密加工领域，具体涉及一种消除光学玻璃亚表面裂纹的装置及其方法。
【背景技术】
[0002]在光学玻璃精密加工中，光学玻璃元件的亚表面裂纹一直影响着光学玻璃元件的发展。亚表面微裂纹会降低光学玻璃元件的机械强度和抗激光损伤阈值，影响光学元件的使用寿命和性能；光学玻璃的亚表面微裂纹是其在切割、研磨等机械加工过程中产生的表面裂纹向材料内部延伸的现象，其深度通常达到几微米到几百微米。
[0003]现有的能够有效消除亚表面微裂纹的表面加工方法有磁流变抛光、离子束抛光、浮法抛光技术等，但往往设备及耗材昂贵，抛光效率很低。双面抛光技术是目前加工平面光学元件运用普遍的一种抛光方法，双面抛光机包括抛光盘、抛光介质及其游星片卡具，抛光盘分为上抛光盘和下抛光盘，其与玻璃元件接触的一面设置有抛光介质，上抛光盘上设置有流液通道，抛光浆料通过流液通道流到玻璃元件表面并通过抛光盘与玻璃元件的相对运动进行抛光，游星片卡具可以带动玻璃元件的转动；由于其可以对光学元件上下两个平面同时抛光，所以加工效率较高。
[0004]但是，目前双面抛光技术还存在一些不足，导致抛光过程中无法避免二次亚表面裂纹的产生，主要原因有:(1)未对抛光浆料及抛光系统中存在的颗粒杂质进行有效控制；
(2)抛光浆料对光学玻璃元件表面的化学作用弱，抛光过程以机械磨削作用为主，容易造成划痕及亚表面微裂纹；(3)忽略外界环境因素的影响，例如空气中的粉尘颗粒和光学玻璃元件表面携带的杂质颗粒。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种消除光学玻璃亚表面裂纹的方法，本发明方法实现了高效抛光去除光学玻璃表面及亚表面裂纹，同时不造成二次亚表面裂纹，此外，抛光浆料的循环使用大大降低了抛光成本。
[0006]本发明还提供了一种消除光学玻璃亚表面裂纹的装置。
[0007]本发明装置是通过如下方案实现的:
[0008]一种消除光学玻璃亚表面裂纹的装置，包括通过循环管道依次相连通的双面抛光机、集液箱和动力装置，所述集液箱入口与双面抛光机的抛光浆料出口相连通，集液箱出口与动力装置入口相连通，所述动力装置的出口与双面抛光机的抛光浆料入口相连通，所述集液箱入口设置有过滤袋，所述的过滤袋允许通过的最大颗粒粒径< 1 ym ;所述动力装置与所述双面抛光机之间设置有过滤器，所述的过滤器为聚丙烯材质，过滤器允许通过的最大颗粒粒径< 0.1 μ??。
[0009]进一步的，所述双面抛光机的抛光介质材质为聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯和聚酯中的一种。
[0010]进一步的，所述双面抛光机的抛光介质与光学玻璃接触的一面带有开槽，所述的开槽包括第一开槽和第二开槽，所述的第一开槽和第二开槽相互垂直；所述的开槽的宽度为0.5-2mm，深度为0.5_lmm，开槽间距为所述光学玻璃表面形状最大长度的1/4-1/2。
[0011]另一方面，一种消除光学玻璃亚表面裂纹的方法，包括如下步骤:
[0012](1)表面预处理:用体积浓度为5-10%的氢氟酸溶液浸泡l-2min除去表面杂质；
[0013](2)然后对所述光学玻璃进行双面抛光:采用双面抛光机对所述光学玻璃进行双面抛光5-10min，抛光浆料经过滤后循环使用，所述抛光浆料pH值为8_12，其包括非离子表面活性剂A和混合溶液B，所述混合溶液B包括硅溶胶、pH调节剂和乙二胺四甲叉磷酸钠；所述硅溶胶质量为中3102颗粒质量为所述硅溶胶质量的20-40%，所述Si02颗粒的平均粒径为15-30nm，所述乙二胺四甲叉磷酸钠的质量为所述抛光浆料质量的0.01-0.06%，所述非离子表面活性剂A与混合溶液B的体积比为2:98-5:95o
[0014]进一步的，所述浸泡是在超声振荡条件下进行的，所述超声振荡的超声频率为10-40ΚΗζ，浸泡时间为 l-2min。
[0015]进一步的，所述过滤为将抛光浆料先后通过过滤袋和过滤器，所述过滤袋允许通过的最大颗粒粒径< 1 μπι ;所述的过滤器为聚丙烯材质，过滤器允许通过的最大颗粒粒径< 0.1 μ m0
[0016]进一步的，所述的抛光介质中包括质量分数为3-8%的氧化铈微粉，所述氧化铈微粉粒径< 0.5 μ m。
[0017]进一步的，所述pH调节剂为NaOH或Κ0Η水溶液，所述非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
[0018]进一步的，其特征在于，所述抛光是在洁净度1000级条件下进行的。
[0019]与现有技术相比，本发明消除光学玻璃亚表面裂纹的装置及其方法具有如下有益效果:
[0020]本发明申请的抛光装置包括抛光浆料的循环装置，其上设置有过滤袋和过滤器，二者相互配合，既保证了抛光浆料的过滤效果，又能延长过滤器的使用寿命；过滤后的抛光浆料循环使用不会对玻璃产生二次损伤，抛光介质上带有相互垂直的开槽可以使得抛光浆料与光学元件的接触更加充分，增强抛光效果。
[0021]本发明申请采用双面抛光技术，提高了抛光效率；抛光浆料中pH调节剂、非离子表面活性剂、乙二胺四甲叉磷酸钠的添加量会影响抛光过程中玻璃表面的化学反应，进而影响抛光速率和玻璃元件的表面质量，本发明申请所采用的抛光浆料的pH值、非离子表面活性剂和乙二胺四甲叉磷酸钠添加量是实现低压力抛光、避免亚表面产生裂纹的必要措施；在此条件下，抛光过程中玻璃表面发生化学反应，使难溶的玻璃表层形成质地疏松的易溶物，这些生成物可以在较小的切削力下被剥离，从而实现材料的去除，同时不易在亚表面产生机械应力造成的裂纹。
【附图说明】
[0022]图1为本发明消除光学玻璃亚表面裂纹的装置结构示意图；
[0023]图2为本发明消除光学玻璃亚表面裂纹的方法中待抛光光学玻璃亚表面裂纹分布示意图；
[0024]图3为本发明消除光学玻璃亚表面裂纹的方法中抛光后光学玻璃亚表面裂纹分布示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0026]实施例1
[0027]—种消除光学玻璃亚表面裂纹的装置，图1为所述的消除光学玻璃亚表面裂纹的装置的结构示意图，如图1所示，所述抛光浆料循环过滤装置包括通过循环管道9依次相连通的双面抛光机、集液箱6、磁力栗7和过滤器8 ;
[0028]如图1所不，抛光机包括上抛光盘1和下抛光盘3，游星片卡具2，上抛光盘的下表面和下抛光盘的上表面均设置有抛光介质10，所述抛光介质与玻璃元件接触的一面带有开槽，所述抛光介质的材质为聚氨酯，所述的开槽包括第一开槽和第二开槽，所述的第一开槽和第二开槽相互垂直；所述的开槽的宽度为0.5mm，深度为1mm，开槽间距为5mm。
[0029]其中，集液箱6为塑料材质，集液箱6顶部设置有无纺布材质的过滤袋5，其口径略大于抛光机上抛光浆料出口管道的直径，长度为200mm，过滤精度为1 μπι(过大将起不到对过滤器的保护作用)，过滤袋5与双面抛光机的抛光浆料出口相连通；采用过滤袋5可以保证在抛光浆料进入集液箱6前先进性粗过滤，这样除去一部分杂质，防止在抛光浆料进入过滤器8时杂质过多造成滤芯的使用寿命过短，节省了过滤成本。
[0030]其中，所述的过滤器8采用聚丙烯材质的单筒折叠滤芯，长度为400mm，外径为100mm,内径为20mm，过滤精度0.1 μηι(大于0.1 μπι的杂质对玻璃的损伤明显)；滤芯的过滤精度可以将抛光浆料中粒径大于0.1 ym的杂质全部过滤掉，保证了抛光浆料的纯度，从而减少了循环使用的抛光浆料对玻璃造成二次损伤；所述过滤器8的出口与双面抛光机的抛光浆料入口相连通。
[0031]过滤袋5与过滤器8配合使用，可以延长滤芯的使用寿命，并且能保证抛光浆料的纯度，降低了抛光成本，防止了玻璃抛光过程中的二次损伤。
[0032]实施例2
[0033]—种消除光学玻璃亚表面裂纹的装置，如图1所示，所述抛光浆料循环过滤装置包括通过循环管道9依次相连通的双面抛光机、集液箱6、磁力栗7和过滤器8 ;
[0034]如图1所不，抛光机包括上抛光盘1和下抛光盘3，游星片卡具2，上抛光盘的下表面和下抛光盘的上表面均设置有抛光介质10，所述抛光介质与玻璃元件接触的一面带有开槽，所述抛光介质的材质为聚氨酯，所述的开槽包括第一开槽和第二开槽，所述的第一开槽和第二开槽相互垂直；所述的开槽的宽度为2mm，深度为0.5mm，开槽间距为8mm。
[0035]其中，集液箱6顶部设置有无纺布材质的过滤袋5，其口径略大于抛光机上抛光浆料出口管道的直径，长度为300mm，过滤精度为0.5 μ m，过滤袋5与双面抛光机的抛光浆料出口相连通；采用过滤袋5可以保证在抛光浆料进入集液箱6前先进性粗过滤，这样除去一部分杂质，防止在抛光浆料进入过滤器8时杂质过多造成滤芯的使用寿命过短，节省了过滤成本。
[0036]其中，所述的过滤器8采用聚丙烯材质的单筒折叠滤芯，长度为300mm，外径为150mm，内径为50mm，过滤精度0.05 μηι(过小将会造成过滤去滤芯需要经常更换，造成材料的浪费，并且小于0.05 μπι的杂质对抛光效果影响不明显)；滤芯的过滤精度可以将抛光浆料中粒径大于0.0