本发明专利技术公开了一种磁流变高精度定位装置及磁流变去除函数转换方法，包括：固定支撑机构、外圆定位机构、端面定位机构；方法步骤：选取常规加工的光学元件基片进行单点去除效率测量并建立去除效率对比系数库，采用微晶材料进行四点去除效率测量并转换为待加工元件的去除效率，通过手轮、螺杆调节外圆定位架、端面定位架及滑块的位置，放置工件，将转换后的待加工工件去除效率对工件表面误差进行仿真计算，拟合生产机床代码进行数控加工。本发明专利技术集成度高、定位精度准等优势；同时具有提高去除函数准确度、缩短测量时间、提高加工效率、降低加工耗材成本等优势。本发明专利技术可应用于平面及高陡度球面、非球面以及自由曲面光学元件的快速加工。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括：固定支撑机构、外圆定位机构、端面定位机构；方法步骤：选取常规加工的光学元件基片进行单点去除效率测量并建立去除效率对比系数库，采用微晶材料进行四点去除效率测量并转换为待加工元件的去除效率，通过手轮、螺杆调节外圆定位架、端面定位架及滑块的位置，放置工件，将转换后的待加工工件去除效率对工件表面误差进行仿真计算，拟合生产机床代码进行数控加工。本专利技术集成度高、定位精度准等优势；同时具有提高去除函数准确度、缩短测量时间、提高加工效率、降低加工耗材成本等优势。本专利技术可应用于平面及高陡度球面、非球面以及自由曲面光学元件的快速加工。【专利说明】
本专利技术涉及磁流变技术高精度加工的
，特别涉及，该支撑装置及方法可应用于平面、球面、非球面以及自由曲面等光学元件加工。
技术介绍
随着现代光学系统性能的不断发展，光学零件的质量要求也在不断提升。为提高光学系统的成像质量并降低成本，现代光学零件正朝着非球面、大相对口径、纳米精度的趋势发展。如193nm深紫外光刻系统对高陡度球面、高次非球面的面形精度要求为RMS2nm以下，粗糙度Rq要求为0.2nm以下；极紫外光刻系统(EUV)对离轴非球面光学元件的面形精度要求为RMSlOnm以下，粗糙度Rq要求为0.1nm以下。传统手修技术方法已不能该面形误差精度、粗糙度的光学元件加工。纳米精度光学零件的制造方法已经逐步采取柔性、稳定的磁流变、离子束等高精度设备进行修形。磁流变抛光技术是将电磁学、流体动力学、分析化学、计算机控制等多门学科相结合并应用于光学加工的一种新技术。磁流变液在梯度磁场中发生磁流变效应而形成的具有粘塑性的柔性抛光模，在电机的驱动下，抛光模与工件表面接触区域产生很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。磁流变抛光技术具有抛光效率高，去除函数稳定，边缘效应小，不会造成工件亚表面破坏等优点。193nm光刻系统对成像系统及曝光系统光学兀件的偏心、表面疵病、面形精度、中高频误差、粗糙度等指标具有严格的要求。真空吸附的装卡方式只适合于小口径、低陡度光学元件的磁流变技术加工，然而，对于大口径及装卡面为球面或非球面时，工件端面及外圆精度无法调节，装卡过程重复性差，而且，真空吸附压力太大而容易造成工件的装卡区域损伤。工具夹持方式是采用机械的装卡定位来保证工件的工作姿态，夹持过程需考虑光学元件应力变形、机床运动轨迹干涉，该结构设计复杂，装卡过程繁琐。磁流变抛光工艺参数主要包括抛光液磨料、抛光液粘度、流量、抛光间隔、切入深度以及加工材料性能等。纳米精度光学元件加工过程是通过建立高效、稳定的去除函数，对光学元件的面形检测误差进行卷积运算，获取光学元件各个点的驻留时间。高精度数控加工过程一般需要选用与正式件加工的同样材料进行去除函数提取，提高加工过程收敛的稳定性与高效性。然而，高精度光学系统选用的进口光学材料较为昂贵，去除函数件采用同等材料成本大，同时，生产过程中，硒化锌、Si等材料较软，光洁度控制困难，采用该材料获取去除函数，该稳定性通常要小于70%，这直接影响到磁流变生产的加工成本与效率。微晶玻璃材料热膨胀系数0.05X10_6k，为零膨胀光学材料，稳定性能好，比刚度为3.7X106m，材料去除效率为SiC材料的50倍，采用该材料提取去除函数，稳定性能达到97%以上，去除函数提取过程较石英材料相比，检测过程镜子稳定时间可降低一倍以上。因此，研究磁流变去除函数转换方法对磁流变抛光技术的工程化应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为设计一种可应用于平面、球面、非球面以及自由曲面光学元件加工的磁流变高精度定位装置以及磁流变去除函数转换方法，从而提供了一种结构简单紧凑、控制简单、集成度高、操作方便、成本低廉，能够实现光学元件的磁流变高精度抛光的定位。本专利技术的目的是由下述技术方案实现的:一种磁流变高精度定位装置，其特征在于包括:固定支撑机构、外圆定位机构和端面定位机构，外圆定位机构通过导轨、第一丝杆定位架、第二丝杆定位架连接到固定支撑机构上，端面定位机构通过端面定位架固定于外圆定位机构的定位底座上，其中:所述固定支撑机构，该模型主要包括圆锥盘、底盘。圆锥盘和底盘通过螺栓固定为一体。其中，圆锥盘下端面凸出两个轮毂，其目的是通过圆锥盘将整个磁流变高精度定位装置固定于磁流变抛光机床旋转轴上。同时，夕卜圆定位机构的导轨、第一丝杆定位架、第二丝杆定位架通过螺栓与底盘固定为一体；所述外圆定位机构,包括导轨、丝杆、丝杆螺母、定位底座、第一丝杆定位架、第二丝杆定位架、轴承、轴承挡盖、手轮、外圆定位架和垫片；其中，导轨、第一丝杆定位架、第二丝杆定位架通过螺栓与底盘固定为一体，丝杆两段分别固定于第一丝杆定位架、第二丝杆定位架上，丝杆螺母套于丝杆上，定位底座固定于丝杆螺母上，同时定位底座两侧分别与丝杆两侧的导轨上端面相切，防止丝杆滑动过程，定位底座晃动。所述端面定位机构，包括端面定位架、滑块、螺杆挡盖、螺杆；其中，端面定位架固定于外圆定位机构的定位底座上，滑块套于端面定位架的凹槽上，螺杆挡盖固定于端面定位架上，螺杆穿过滑块孔固定于螺杆挡盖与端面定位架之间。所述外圆定位机构及端面定位机构所选的丝杆为T型丝杆，定位重复精度好，具备自锁功能，螺距为0.5mm,调节精度高；所述导轨端面具有Imm间隔的刻度，其目的是可根据工件的口径尺寸快速对外圆定位架及端面定位架的位置进行粗调；所述端面定位机构的滑块为“工”形，与端面定位架高精度配合，通过调节螺杆实现滑块的升降；所述定位底座具有螺孔、螺杆末端为圆柱形，两者能精密配合，配合公差小于0.03mm ；所述螺杆挡盖具备台阶孔，螺杆挡盖通过螺孔固定与端面定位架上，台阶孔与螺杆顶端配合，通过台阶孔可实现螺杆的调节；所述定位底座螺孔、螺杆及螺杆挡盖台阶孔同轴，通过定位底座、螺杆挡盖固定螺杆，防止滑块升降过程螺杆窜动，以此提高滑块的重复性精度；进一步地，去除函数转换方法是指通过对廉价、稳定、软性光学元件(如微晶)获取去除函数，通过系数转换为待加工的昂贵、硬性、稳定性差的光学材料(如石英、硅、硒化锌)，缩短去除函数的提取时间，降低光学元件加工的成本。进一步地、去除函数转换前提是通过采用同样抛光工艺对常规加工的光学元件进行单点获取去除效率，分析建立K9、石英、硒化锌、YGa、S1、SiC材料与微晶材料去除效率的对比系数库；进一步地、采用微晶材料进行四点获取去除效率，四点去除函数去除率的稳定性需达95%以上，将微晶材料去除效率转换为待加工的光学元件去除效率，同时根据四个去除效率的特征点位置计算机床磨头定位误差。进一步地、采用磁流变高精度定位装置进行磁流变去除函数转换方法主要包括不同材料去除效率系数库建立过程与正式件加工过程。不同材料去除效率系数库建立过程主要是指将不同材料工件(微晶、K9、石英、S1、硒化锌、SiC等)分别快速定位于高精度定位装置上，其端面误差、外圆误差小于0.01mm，工件的装卡状态保持一致，采用磁流变抛光磨头对该材料工件进行去除函数获取并获取不同材料间的去除效率对比系数；正式件加工过程是指将待正式加工件快速定位于高精度定位装置上，其端面误差、外圆误差小于0.01mm，通过稳定、软性材料(如微晶)获取去除函数并转换为正式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁流变高精度定位装置，其特征在于包括：固定支撑机构、外圆定位机构和端面定位机构，外圆定位机构连接到固定支撑机构上，端面定位机构固定于外圆定位机构的定位底座（6）上，其中：所述固定支撑机构包括：圆锥盘（1）和底盘（2）；圆锥盘（1）和底盘（2）通过螺栓连接为一体，圆锥盘（1）下端面凸出两个轮毂，通过两个轮毂将整个磁流变高精度定位装置固定于磁流变抛光机床旋转轴上；所述外圆定位机构包括：导轨（3）、丝杆（4）、丝杆螺母（5）、定位底座（6）、第一丝杆定位架（7）、第二丝杆定位架（8）、轴承（9）、轴承挡盖（10）、手轮（11）、外圆定位架（12）和垫片（13）；导轨（3）、第一丝杆定位架（7）、第二丝杆定位架（8）通过螺栓与底盘（2）固定为一体，丝杆（4）两段分别固定于第一丝杆定位架（7）、第二丝杆定位架（8）上，丝杆螺母（5）套于丝杆（4）上，定位底座（6）固定于丝杆螺母（5）上，同时定位底座（6）两侧分别与丝杆两侧的导轨（3）上端面相切，防止丝杆（4）滑动过程，定位底座（6）晃动；所述端面定位机构包括：端面定位架（14）、滑块（15）、螺杆挡盖（16）和螺杆（17）；端面定位架（14）固定于外圆定位机构的定位底座（6）上，滑块（15）套于端面定位架（14）的凹槽上，与端面定位架（14）精密配合，螺杆挡盖（16）固定于端面定位架（14）上，螺杆（17）穿过滑块（15）孔固定于螺杆挡盖（16）与端面定位架（14）之间，与定位底座（6）螺孔配合，通过调节螺杆（17）实现滑块（15）的升降。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钟显云，万勇建，施春燕，杨金山，陈辉，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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