一種基于共聚焦兆聲波微射流的拋光裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于共聚焦兆聲波微射流的拋光裝置和方法，屬于超精密光學表面加工領域。所述拋光裝置包括頂部外罩1、兆聲波換能器2、換能器集束座3、連接座4、儲液腔5、密封圈6、噴嘴7，所述噴嘴7上設有用于供拋光液8噴出的小孔71。該共聚焦兆聲波微射流拋光裝置和方法除了具有傳統射流拋光的優點外，由于使用高頻、高能兆聲波來推動拋光液產生微射流實現射流拋光，因此能夠抑制拋光粉顆粒的團聚效應，提高拋光液的懸浮性和分散性；除此之外相比傳統的射流拋光，所述裝置和方法可控參數更多，可通過調控兆聲波換能器陣列的功率、頻率參數來實現不同的拋光斑、拋光效率、拋光質量，具有很好的時間響應特性。

A polishing device and method based on confocal mega-acoustic Microjet

【技術實現步驟摘要】
一種基于共聚焦兆聲波微射流的拋光裝置和方法
本專利技術屬于光學元件加工領域，具體涉及一種基于共聚焦兆聲波微射流的拋光裝置和方法，特別適用于光學元件的精拋光階段，也屬于超精密光學表面加工領域。
技術介紹
超精密加工是國家制造技術水平的重要指標之一，超精密加工所能達到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀直接決定了制造業所能達到的高度。此外超精密加工也是先進制造技術、智能制造技術的重要支柱。而對于光學領域，光學元件的口徑、表面精度直接決定了光學系統的性能，大口徑、高精度光學元件的超精密加工技術仍然是我國亟待解決的難題。傳統射流拋光的基本原理是使用壓力將拋光液從噴嘴的小孔高速噴出，通過拋光粉顆粒的高速碰撞剪切作用進而達到材料去除。與其他傳統拋光技術相比，射流拋光的拋光工具是液體狀的，不存在工具磨損的問題，去除函數穩定，面形精度易于控制，并且由于射流拋光的拋光頭是液體柱，能夠適合各種特殊復雜表面的拋光，拋光特性不受工件位置的影響。雖然射流拋光有以上優點，但是由于拋光粉顆粒為納米尺寸，表面能很大，在壓力驅動射流形成的過程中，拋光粉顆粒有團聚趨勢，會影響拋光質量；此外為了獲得較為理想的去除效率，傳統射流拋光的噴嘴小孔的尺寸都較小，容易產生堵塞。在目前的光學元件加工領域，兆聲波主要用于光學元件的清洗。兆聲波由于頻率太高，聲波在清洗液中難以發生空化效應，因此不會形成超聲波清洗時那樣的空化氣泡，而高頻聲波能量在清洗液中會由于聲場效應形成高速微水流，在清洗時對光學元件表面的亞微米級雜質顆粒具有很好的去除作用。但是在對光學元件表面加工時還存在加工效率和加工能量的要求，因此需要更適用于將兆聲波用于光學元件加工的相應加工裝置和方法。
技術實現思路
為了克服現有技術中上述加工方法中存在的缺陷,本專利技術提供了一種新型的基于共聚焦兆聲波微射流的拋光裝置和方法，其既具有傳統射流拋光的優點，又能消除傳統射流拋光缺點。本專利技術采用的技術方案如下：一方面，本專利技術提供了一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，所述拋光裝置包括頂部外罩1、兆聲波換能器2、換能器集束座3、連接座4、儲液腔5、密封圈6、噴嘴7，所述噴嘴7上設有用于供拋光液8噴出的小孔71；所述頂部外罩1和儲液腔5、噴嘴7依次連接并組成了包含密閉空間的拋光裝置外殼；所述換能器集束座3被固定安裝在頂部外罩1和儲液腔5之間，且兆聲波換能器2安裝在換能器集束座3上；兆聲波換能器2發出的兆聲波的匯聚方向為噴嘴7上的小孔71所在方向、且匯聚的焦點22為小孔71外的一點；所述儲液腔5的腔壁上設有進液口51，拋光液8通過進液口51充滿整個儲液腔；當兆聲波換能器2啟動后發出的兆聲波伴隨儲液腔5內的拋光液8聚焦在焦點22處，拋光液8在兆聲波的作用下做加速運動、并在焦點22處產生最強的微射流效應。進一步的，其中所述頂部外罩1和儲液腔5的均卡接于換能器集束座3上，所述噴嘴7卡接在所述儲液腔5的另一端。進一步的，儲液腔5的兩端分別與換能器集束座3和噴嘴7的卡接處均通過密封圈6進行密封。進一步的，當所述微射流拋光裝置用于元件加工時，將小孔71放置在被加工元件9的表面處，從而使拋光液8在焦點22處產生的最強微射流能有效用于對元件表面的加工，最終達到微射流拋光作用。進一步的，所述換能器集束座3上有若干個用于安裝兆聲波換能器的安裝孔，安裝孔的數量大于或等于所使用的兆聲波換能器的數量。進一步的，所述換能器集束座3的內表面為一圓弧狀內壁，所述內壁是以換能器的焦距為半徑的球殼形狀，該圓弧狀內壁所在圓的圓心為換能器集束座內壁的球心33，且該圓弧狀內壁所在圓的半徑為換能器的焦距，因此該球心與換能器的焦點22重合。進一步的，所有換能器安裝孔31對應的安裝孔中心軸線32都經過所述換能器集束座內壁的球心33，進而使所有安裝后的兆聲波換能器發出的兆聲波能聚焦在所述換能器集束座內壁的球心33處，從而使所述換能器集束座內壁的球心33位置處能獲得最集中的兆聲波匯聚能量。進一步的，為了快速和方便安裝或更換換能器，每個換能器安裝孔31內壁均設有螺紋，從而可以快速的將外壁設有螺紋的換能器進行螺旋安裝和拆卸。進一步的，所述連接座4位于拋光裝置的外殼上，用于將所述拋光裝置固定安裝在其他數控設備上。另一方面，本專利技術還提供了一種共聚焦兆聲波微射流拋光方法，該方法是基于前述任一所述微射流拋光裝置對待加工的光學元件進行操作實現的，所述方法包括：根據加工需要將選定的兆聲波換能器分別安裝在所述換能器集束座3上的換能器安裝孔31內，保證所有兆聲波換能器發出的兆聲波將聚焦于所述換能器集束座內壁的球心33處；將該微射流拋光裝置固定安裝在數控機床上，啟動該裝置，通過數控機床的運動控制和精確定位能力，將裝置噴嘴7的小孔放置在加工元件9表面，此時具有一定壓力的拋光液8通過進液口充滿儲液腔，并從噴嘴7的小孔噴出，從而對加工元件9表面的相對高點進行拋光去除；根據待加工元件的表面面形誤差，調節所述兆聲波換能器的工作頻率和功率等加工參數，完成拋光加工。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：本專利技術提供的共聚焦兆聲波微射流拋光裝置和方法除了具有傳統射流拋光的優點外，由于使用高頻、高能兆聲波來推動拋光液產生微射流實現射流拋光，因此可以避免傳統射流拋光中為了獲得較為理想的去除效率而減小噴嘴小孔尺寸造成的堵塞現象，并且兆聲波能夠抑制拋光粉顆粒的團聚效應，提高拋光液的懸浮性和分散性；除此之外相比傳統的射流拋光，所述裝置和方法可控參數更多，可通過調控兆聲波換能器陣列的功率、頻率參數來實現不同的拋光斑、拋光效率、拋光質量，具有很好的時間響應特性。附圖說明圖1為本專利技術提供的共聚焦兆聲波微射流拋光裝置的中心剖面結構示意圖。圖2為本專利技術裝置的換能器集束座三維視圖。圖3為本專利技術裝置的換能器集束座的中心剖面結構示意圖。圖4為本專利技術裝置的換能器及其焦點的示意圖。圖5為本專利技術裝置的整體三維視圖。圖6為本專利技術裝置的加工示意圖。圖中各附圖標記分別為：1-頂部外罩；2-兆聲波換能器；3-換能器集束座；4-連接座；5-儲液腔；6-密封圈；7-噴嘴；8-拋光液；9-加工元件；21-兆聲波傳播方向；22-換能器焦點；31-換能器安裝孔；32-安裝孔中心軸線；33-換能器集束座內壁的球心；51-進液口；71-小孔。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1本專利技術公開了一種共聚焦兆聲波微射流拋光方案，該拋光方案主要是通過兆聲波激發的微射流和粒子共振效應來實現對光學元件的拋光，尤其是利用發出的兆聲波以儲液腔內的拋光液為傳播介質，通過腔體和噴嘴，最終共同聚焦在在噴嘴外一點；在進行加工工作時，將兆聲波的焦點放置在被加工元件的表面附近進行拋光。實施例1為一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，如圖1所示為所述拋光裝置的中心剖面結構示意圖，所述拋光裝置包括頂部外罩1、兆聲波換能器2、換能器集束座3、連接座4、儲液腔5、密封圈6、噴嘴7，所述噴嘴7上設有用于供拋光液8噴出的小孔71；所述頂部外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，所述拋光裝置包括頂部外罩(1)、兆聲波換能器(2)、換能器集束座(3)、連接座(4)、儲液腔(5)、密封圈(6)、噴嘴(7)，所述噴嘴(7)上設有用于供拋光液(8)噴出的小孔(71)；所述頂部外罩(1)和儲液腔(5)、噴嘴(7)依次連接并組成了包含密閉空間的拋光裝置外殼；所述換能器集束座(3)被固定安裝在頂部外罩(1)和儲液腔(5)之間，且兆聲波換能器(2)安裝在換能器集束座(3)上；兆聲波換能器(2)發出的兆聲波的匯聚方向為噴嘴(7)上的小孔(71)所在方向、且匯聚的焦點(22)為小孔(71)外的一點。所述儲液腔(5)的腔壁上設有進液口(51)，拋光液(8)通過進液口(51)充滿整個儲液腔；當兆聲波換能器(2)啟動后發出的兆聲波伴隨儲液腔(5)內的拋光液(8)聚焦在焦點(22)處，拋光液(8)在兆聲波的作用下做加速運動、并在焦點(22)處產生最強的微射流效應。

【技術特征摘要】
1.一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，所述拋光裝置包括頂部外罩(1)、兆聲波換能器(2)、換能器集束座(3)、連接座(4)、儲液腔(5)、密封圈(6)、噴嘴(7)，所述噴嘴(7)上設有用于供拋光液(8)噴出的小孔(71)；所述頂部外罩(1)和儲液腔(5)、噴嘴(7)依次連接并組成了包含密閉空間的拋光裝置外殼；所述換能器集束座(3)被固定安裝在頂部外罩(1)和儲液腔(5)之間，且兆聲波換能器(2)安裝在換能器集束座(3)上；兆聲波換能器(2)發出的兆聲波的匯聚方向為噴嘴(7)上的小孔(71)所在方向、且匯聚的焦點(22)為小孔(71)外的一點。所述儲液腔(5)的腔壁上設有進液口(51)，拋光液(8)通過進液口(51)充滿整個儲液腔；當兆聲波換能器(2)啟動后發出的兆聲波伴隨儲液腔(5)內的拋光液(8)聚焦在焦點(22)處，拋光液(8)在兆聲波的作用下做加速運動、并在焦點(22)處產生最強的微射流效應。2.如權利要求1所述的一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，其中所述頂部外罩(1)和儲液腔(5)均卡接于換能器集束座(3)上，所述噴嘴(7)卡接在所述儲液腔(5)的另一端。3.如權利要求1或2所述的一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，儲液腔(5)的兩端分別與換能器集束座(3)和噴嘴(7)的卡接處均通過密封圈(6)進行密封。4.如權利要求1或2所述的一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，當所述微射流拋光裝置用于元件加工時，將小孔(71)放置在被加工元件(9)的表面處，從而使拋光液(8)能在焦點(22)處產生的最強微射流能有效用于對元件表面的加工，最終達到微射流拋光作用。5.如權利要求1所述的一種基于共聚焦兆聲波微射流拋光裝置，其特征在于，所述換能器集束座(3)上有若干個用于安裝兆聲波換能器的安裝孔，安裝孔的數量大于或等于所使用的兆聲波換能器的數量。6.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙恒，蔡超，何祥，馬平，鄢定堯，黃金勇，王剛，謝磊，胡慶，蔡紅梅，鮑振軍，李智鋼，盧忠文，崔建朋，朱衡，高胥華，
申請(專利權)人：成都精密光學工程研究中心，
類型：發明
國別省市：四川,51