用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及“用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置”，属于等离子体加工中大口径非球面光学零件的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着大口径非球面光学零件在各个领域内应用的越来越多，对大口径非球面光学零件不仅要求有较高的面形精度、较低的表面粗糙度、无表层和亚表层损伤，而且要求提高加工效率。大气等离子体加工技术是等离子体源与化学气相处理设备相结合的新技术，其工作原理是利用等离子体与工件表层材料发生化学作用去除材料，属于非接触的加工方式，采用这种方法可以进行大面积平面抛光、局部抛光、非球面的成形和抛光等，可以避免表面和亚表面损伤层的出现，提高光学零件表面加工等级，实现高精密加工。国内许多文献从自动控制、等离子体物理、化学气相反应以及流体动力学等学科领域进行了相关工艺试验方法、试验平台的搭建，用于研究等离子体抛光工艺和等离子体抛光机理:贺启强在“哈尔滨工业大学”发表文献“计算机控制大气等离子体光学加工方法研究”中提及“结合计算机控制光学表面成形技术和大气等离子体化学加工方法，进行了相关的试验研究”；哈尔滨工业大学申请专利CN201310177039.6 “水电极大气等离子体加工大口径非球面光学零件的方法”，提及采用采用直线式排列的水射流作为电极的大气等离子体加工装置对大口径光学零件表面进行修形。
[0003]文献中提及的试验平台均是基于实验室基础工艺及试验研究使用，对于工程化应用该项技术在中大口径非球面光学元件的加工效率和精度方面很难保证。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决大口径非球面光学零件表面缺陷层、磨削损伤层的加工效率和表面质量问题，提供用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置。
[0005]所述的目的是通过以下方案实现的:所述的用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，它由等离子体源(I)、机器人(2)、密封部件(3)、氩氟废气处理部件(4)、电气控制系统(5)、底座(6)、抛光工作台(7)、待加工光学零件(8)、氮气进气部件(9)组成;机器人(2)、待加工光学零件(8)和抛光工作台(7)置于底座(6)上，等离子体源(I)位于待加工光学零件(8)上方，待加工光学零件(8)装夹在抛光工作台(7)上，机器人(2)控制等离子体源(I)的运动姿态，使等离子体源(I)始终与待加工光学零件(8)表面垂直;密封部件(3)采用整体密封结构，与外界大气隔离;整个装置的抛光由电气控制系统(5)控制;氮气进气部件(9)可充入实验要求浓度的氮气，保证等离子体源(I)的有效工作;氩氟废气处理部件(4)将处理过的废气排入大气中。
[0006]等离子体源(I)采用大气射流等离子体源，机器人(2)是抛光设备的运动部件，密封部件(3)为等离子体抛光提供必要的密封环境，氩氟废气处理部件(4)将有害气体进行无害处理，电气控制系统(5)控制整个装置的抛光，进行有序的工作。底座(6)为铸铁平台，抛光工作台(7)为1200毫米的方形平台，待加工光学零件(8)的材质为石英玻璃，氮气进气部件(9)采用氮气瓶对工作环境进行氮气充入。
[0007]本发明所述的装置具有的优点为:
1.本发明采用大气等离子体加工，并且避免了传统接触式研抛方法造成的表面残余应力及亚表层损伤等问题；
2.机器人的机械传动系统可方便的控制等离子体源加工各种口径的平面、凹凸面、非球面等光学元件，特别适合加工直径大于300毫米复杂非球面光学元件，可快速实现精密成型，达到快速抛亮的效果，取代抛光工艺流程的粗抛环节，后期与小工具数控抛光及磁流变抛光结合，可缩短加工周期；
3.本发明提供的装置的主要功能部件采用机器人控制，具备较高的技术成熟度，可方便实现加工操作仪器化，可工程化生产应用。
【附图说明】
[0008]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0009]图1是本发明的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:
本实施例选用430毫米X 430毫米的口径方形非球面石英元件。
[0011]参照图1，本发明提供的用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，它由等离子体源(I)、机器人(2)、密封部件(3)、氩氟废气处理部件(4)、电气控制系统(5)、底座
(6)、抛光工作台(7)、待加工光学零件(8)、氮气进气部件(9)组成;机器人(2)、待加工光学零件(8)和抛光工作台(7)置于底座(6)上，等离子体源(I)位于待加工光学零件(8)上方，待加工光学零件(8)装夹在抛光工作台(7)上，机器人(2)可控制等离子体源(I)的运动姿态，使等离子体源(I)始终与待加工光学零件(8)表面垂直;密封部件(3)采用整体密封结构，与外界大气隔离;整个装置的抛光由电气控制系统(5)控制;氮气进气部件(9)可充入实验要求浓度的氮气，保证等离子体源(I)的有效工作;氩氟废气处理部件(4)将处理过的废气进行无害处理排入大气中。
[0012]所述等离子体源(I)是等离子抛光的执行部件，采用大气射流等离子体源，通过购置等离子体关键部件，配备自主研制的引入、引出装置，形成可满足实验要求的等离子体原系统。
[0013]所述机器人(2)是抛光设备的运动部件，有六个轴:回转轴、立臂轴、横臂轴、腕轴、腕摆轴、腕转轴，通过数控程序可以使机器人腕部达到所需要的位置，机器人(2)可控制等离子体源(I)的加工方向，使等离子体源(I)始终与待加工光学零件(8)表面垂直，保证等离子体抛光的准确去除函数，达到高效可控加工目的。
[0014]所述密封部件(3)是整体密封结构，与外界大气隔离。包括密封门的结构和进出控制线、管的密封。密封门采用塞拉式结构，上下部分同时加力密封，四周采用密封材料进行填充，在相对门的结合处进行叠压结构，保证运动、结合部的细微处严密无泄漏;进出控制线、管的密封结构采用双层控制部件组合密封，两层密封结构保证了整体密封效果，形成了独立的密封空间，为等离子体抛光提供必要的密封环境，保证等离子抛光的效果。
[0015]所述氩氟废气处理部件(4)保证在等离子体抛光过程中产生氩、氟等有害气体等废气的处理，将处理过的废气进行无害处理排入大气中。
[0016]所述电气控制系统(5)主要有三部分组成:机器人控制系统，等离子体源控制系统、抛光装置的整体控制系统，通过各个系统控制整个装置进行抛光工作。机器人控制软件为BaseWare机器人操作系统，有强大的PAPID编程语言；等离子体源控制系统，主要控制等离体源的工作状态;抛光装置的整体控制系统，通过PLC控制器将机器人控制系统、等离子体源控制系统、密封门操作和进出气体的控制综合控制，进行有序的工作。
[0017]所述底座(6)为铸铁平台。
[0018]所述抛光工作台(7)为1200mm的方形平台，工作台上均勾加工T型槽，便于待加工光学零件(8)的定位、安装、夹紧。
[0019]所述待加工光学零件(8)的材质为石英玻璃。
[0020]所述氮气进气部件(9)采用氮气瓶对工作环境进行氮气充入，将工作空间内的氮气充入实验要求的浓度，保证等离子体源(I)的有效工作。
[0021]本发明给出的装置，其抛光工作过程如下:
a)在整个装置开机前，首先进行各部件全面检查，如气路、电路、水路是否正确连接，氩氟废气处理部件(4)滤芯是否有效，机器人(2)连接是否牢固等。
[0022]b)检查完毕后，同时开启机器人(2)、氩氟废气处理部件(4)，必须保证整个加工过程，氩氟废气处理部件(4)始终处于工作状态。
[0023]c)开启机器人(2)之后，安装好等离子体抛光头，进行TCP点的操作，建立机器人
(2)默认工作点和等离子体抛光头工作点的映射关系。
[0024]d)建立TCP点之后，采用3点法，在抛光工作台(7)上表面建立工件坐标系。
[0025]e)将待加工光学零件(8)放置于抛光工作台(7)上，调整待加工光学零件(8)的方向，使待加工光学零件(8)的编程坐标系和待加工光学零件(8)加工坐标系坐标轴平行；同时将待加工光学零件(8)上表面调平，并将机器人(2)工件坐标系原点偏移到待加工光学零件(8)左下角。
[0026]f)在工艺软件中，编写与待加工光学零件(8)匹配的数控程序，并导入机器人(2)。
[0027]g)打开氮气进气部件(9)，调节氮气、六氟化硫的压力和流量，使其符合选择的工艺参数。
[0028]h)开启等离子体源(I)，等待产生稳定的等离子体炬(火焰)。
[0029]i)运行数控程序，机器人(2)开始抛光加工待加工光学零件(8)。
[0030]抛光完成后，依次关闭等离子体源(1)、氮气进气部件(9)、机器人(2)、氩氟废气处理部件(4)的顺序，取出待加工光学零件(8)，清洗机床，完成一次加工;对待加工光学零件
(8)进行加工去除量测量，判断是否达到加工要求。
【主权项】
1.用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，其特征在于:它由等离子体源(I)、机器人(2)、密封部件(3)、氩氟废气处理部件(4)、电气控制系统(5)、底座(6)、抛光工作台(7)、待加工光学零件(8)、氮气进气部件(9)组成;机器人(2)、待加工光学零件(8)和抛光工作台(7)置于底座(6)上，等离子体源(I)位于待加工光学零件(8)的上方，待加工光学零件(8)装夹在抛光工作台(7)上，机器人(2)可控制等离子体源(I)的运动姿态，使等离子体源(I)始终与待加工光学零件(8)表面垂直;密封部件(3)采用整体密封结构，与外界大气隔离;整个装置的抛光由电气控制系统(5)控制;氮气进气部件(9)可充入实验要求浓度的氮气，保证等离子体源(I)的有效工作;氩氟废气处理部件(4)将处理过的废气进行无害处理排入大气中。2.根据权利要求1所述的用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，其特征在于:所述机器人(2)可控制等离子体源(I)的运动姿态，使等离子体源(I)始终与待加工光学零件(8)表面垂直，保证等离子体抛光的准确去除函数，达到高效可控加工目的。3.根据权利要求1所述的用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，其特征在于:所述待加工光学零件(8)的材质为石英玻璃。
【专利摘要】本发明公开了用于中大口径非球面快速抛亮的等离子体抛光装置，由等离子体源、机器人、密封部件、氩氟废气处理部件、电气控制系统、底座、抛光工作台、待加工光学零件、氮气进气部件组成；机器人、待加工光学零件和抛光工作台置于底座上，等离子体源位于待加工光学零件上方，待加工光学零件装夹在抛光工作台上，机器人控制等离子体源的运动姿态，使等离子体源始终与待加工光学零件表面垂直；密封部件采用整体密封结构，与外界大气隔离；整个装置的抛光由电气控制系统控制；氮气进气部件可充入实验要求浓度的氮气，氩氟废气处理部件将处理过的废气排入大气中。主要优点是：采用机器人控制，可方便实现加工操作仪器化，可工程化生产应用。
【IPC分类】B24B13/00
【公开号】CN105619205
【申请号】CN201610021719
【发明人】吴庆堂, 聂凤明, 王大森, 段学俊, 陈洪海, 吴焕, 郭波, 修冬, 李珊, 康战, 魏巍, 王凯, 卢政宇, 王泽震, 王文渊, 孙洪宇, 胡宝共
【申请人】长春设备工艺研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月14日