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大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，包括平直導(dǎo)軌、激光器、透鏡組、照明狹縫、分光棱鏡、五角棱鏡、直角棱鏡、底座、CCD、位移調(diào)節(jié)裝置、移動臺和可伸縮套筒，本發(fā)明可對大型環(huán)拋機拋光膠盤面形進(jìn)行檢測，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定可靠，精度較高，不僅大大消除了工件搬運過程的安全性，而且避免了外界雜質(zhì)的引入而對工件表面造成損傷。
【專利說明】大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型環(huán)形拋光機，特別是一種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形的檢測裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]環(huán)形拋光機是目前世界上幾乎唯一可以全局化加工大口徑平面光學(xué)元件的加工設(shè)備，它是將待拋光工件在自身重力和拋光液的作用下相對于拋光膠盤做旋轉(zhuǎn)運動，借助磨粒的機械磨削作用和溶液的理化作用來完成對工件表面的材料去除并獲得光潔表面。與其它技術(shù)相比，這種技術(shù)可以同時實現(xiàn)大口徑工件的全局平面化，能夠消除工件表面的高點和波浪形等不平度外，尚能消除高頻缺陷，使表面加工質(zhì)量能夠達(dá)到超光滑的程度；平面化速度快，加工精度高，應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)成本低，適合工業(yè)大規(guī)模推廣。環(huán)拋機是這種技術(shù)的主要載體。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光學(xué)元件的通光口徑和加工精度要求越來越高，因此環(huán)拋機也向大型化、自動化的方向發(fā)展，臺面直徑由原來的lm、1.2m逐漸發(fā)展到目前的2.4m, 2.8m甚至4m以上等，而且機械化、自動化程度越來越高。一般來說，環(huán)拋機主要包括一個由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的大理石拋光盤，該拋光盤的上表面澆注一層均勻的拋光膠盤，拋光膠盤上還有調(diào)節(jié)拋光膠盤面形的校正盤。當(dāng)環(huán)拋機開始工作時，首先將一個用于工件限位的輔助拋光工件環(huán)放置在拋光盤上，然后將待加工工件平放在該工件環(huán)里，這樣工件只能在工件環(huán)內(nèi)運動，便于實時控制和操作，同時開動電機驅(qū)動拋光盤以一定的速度繞中心旋轉(zhuǎn)，同時在拋光膠盤上噴灑一定量的拋光液，拋光液中含有按一定比例和粒徑要求的拋光粉顆粒。當(dāng)拋光盤以一定的速度轉(zhuǎn)動時，工件在拋光膠盤上同時做自轉(zhuǎn)運動，并與拋光膠盤上的拋光粉顆粒產(chǎn)生摩擦作用，從而對工件與拋光膠盤的接觸面進(jìn)行材料去除以獲得光滑表面。由上述可知，拋光膠盤的平整度和質(zhì)量性能對工件最終的拋光效果影響極大。
[0003]一般來說，加工工件的面形精度主要取決于拋光膠盤的面形精度，其精度靠校正盤在拋光膠盤徑向移動來控制。由于拋光膠盤由浙青制作，具有一定的彈性和韌性并刻有一定的圖形，在加工過程中容易發(fā)生變化，其面形的變化情況，如高圈(面形的感性認(rèn)知，即元件中間部分高，四周部分低)與低圈(面形的感性認(rèn)知，與高圈相反，即元件中間部分低，四周部分高)變化直接影響到最終的加工精度。如果能夠監(jiān)測拋光膠盤的變化情況，則可以很大程度上提高工件的加工效率和加工精度。另外，環(huán)拋加工目前還處于比較依賴人工經(jīng)驗的狀態(tài)，光學(xué)元件加工過程中的變化，如:面形變化(即高圈與低圈變化)還不能實時監(jiān)控，而這卻是控制光學(xué)元件面形精度的重要依據(jù)。目前的處理方法只能是首先將環(huán)拋機停機，然后通過人工方式把半加工態(tài)的光學(xué)元件搬至干涉儀上進(jìn)行觀察以得到工件的面形情況，進(jìn)而推斷拋光膠盤的面形變化情況，觀察完畢后，再通過人工方式搬至環(huán)拋機上進(jìn)行再加工。這種方法既費時又費力，而且還增加了工件搬運過程中的危險性。再者，由于大型環(huán)拋機加工的工件尺寸較大，重量也很大，而且表面光滑，無處把握，因此工人搬運起來十分不便，勞動強度比較大，非常容易造成工人受傷。另外，鑒于目前對工件光潔度的要求，工件的檢測要盡量避免人為參與，因此迫切需要自動化的面形檢測方式。
[0004]基于以上論述，如果能夠?qū)崿F(xiàn)拋光膠盤面形檢測，即能夠監(jiān)測拋光膠盤的面形變化(高低圈變化)，則可以及時了解工件的面形情況并做出及時的后續(xù)加工方式，不僅可以在很大程度上提高工件的加工效率，而且也可以提高工件的加工精度和光潔度等指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，該裝置可以對大型環(huán)拋機拋光膠盤的面形檢測，減輕了工作人員的勞動強度。另外，采用該裝置可以及時的了解拋光膠盤的面形情況，尤其是高低圈狀況，大大提高了工作效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定可靠，精度較高，不僅大大消除了工件搬運過程的安全性，而且避免了外界雜質(zhì)的弓I入而對工件表面造成損傷。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，其特點在于該裝置包括固定在拋光機機架上的帶有光尺的平直導(dǎo)軌，固定在平直導(dǎo)軌上的位移調(diào)節(jié)裝置及其驅(qū)動沿所述的平直導(dǎo)軌移動的移動臺，依次封裝的激光器、透鏡組、狹縫光闌、分光棱鏡和準(zhǔn)直棱鏡固定地懸掛在所述的平直導(dǎo)軌的下方，所述的狹縫光闌的中心位于透鏡組的焦點，五角棱鏡或反射鏡通過夾持裝置固定在移動臺內(nèi)，一可伸縮套筒和所述的移動臺的下方剛性連接，一底座和所述的可伸縮套筒鉸接后放置在拋光膠盤上；一直角棱鏡安放在所述的底座的直角棱鏡槽內(nèi)，所述的直角棱鏡的直角棱貼合在所述的拋光膠盤上，沿所述的激光器發(fā)出的激光束方向，依次經(jīng)所述的透鏡組、狹縫光闌、分光棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、五角棱鏡或反射鏡，經(jīng)五角棱鏡或反射鏡的反射光投射到所述的直角棱鏡上，經(jīng)該直角棱鏡的反射光返回，再經(jīng)五角棱鏡或反射鏡、分光棱鏡反射后成像在CCD上。
[0008]所述的五角棱鏡或反射鏡和直角棱鏡的透射面鍍有增透膜，反射面鍍有反射膜。
[0009]該裝置的工作原理如下:
[0010]固定在平直導(dǎo)軌上的激光器發(fā)出的激光束通過透鏡組，會聚到狹縫光闌的中心；由狹縫光闌發(fā)出的光束經(jīng)分光棱鏡后，再經(jīng)準(zhǔn)直透鏡變?yōu)槠叫泄?，該平行光?jīng)過五角棱鏡(或反射鏡)反射后垂直射到直角棱鏡上，由直角棱鏡(或反射鏡)反射的光束沿原路返回，經(jīng)五角棱鏡(或反射鏡)反射后，穿過準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)分光棱鏡后投射到C⑶上形成一線像。同理，當(dāng)再次移動直角棱鏡(或反射鏡)到另一處，則在C⑶上形成一新線像，通過觀察或記錄，計算CCD上兩次線像之間的距離，除以準(zhǔn)直透鏡的焦距即可得到該兩處拋光膠盤之間的微小楔角的大小。若沿拋光膠盤徑向移動直角棱鏡和五角棱鏡(或反射鏡)，同時利用位移調(diào)節(jié)裝置，記錄其位置，進(jìn)而可以得到大型環(huán)拋機拋光膠盤的母線在拋光中的變化情況。
[0011]該裝置的初始化如下:首先將直角棱鏡連同底座放置在拋光膠盤上。調(diào)節(jié)整機位置，使經(jīng)直角棱鏡返回的線像位于屏幕(或CCD)的中央即可，然后，記錄下位移調(diào)節(jié)裝置和線像的位置，就可開始沿徑向測量了。
[0012]本發(fā)明專利的優(yōu)點是:
[0013]本發(fā)明大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置基本上實現(xiàn)了大型環(huán)拋機拋光膠盤的面形檢測，減輕了工作人員的勞動強度。另外，采用該裝置可以及時的了解拋光膠盤的面形情況，尤其是高低圈狀況，大大提高了工作效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定可靠，精度較高，不僅大大消除了工件搬運過程的安全性，而且避免了外界雜質(zhì)的引入而對工件表面造成損傷。
[0014]本發(fā)明的一個優(yōu)點:在準(zhǔn)直棱鏡后，使用五角棱鏡，這是因為五角棱鏡具有一維轉(zhuǎn)角不變性的特點，只要入射光線的方向固定，即使五角棱鏡在主截面內(nèi)有些偏轉(zhuǎn)，出射光線方向仍將始終保持與入射光線成90度偏轉(zhuǎn)角，達(dá)到精確垂直轉(zhuǎn)向。因此最大限度的降低了五角棱鏡在移動采樣過程中對測試裝置的精度要求。
[0015]本發(fā)明的另一個優(yōu)點:直角棱鏡是單向敏感的反射鏡，反射光束始終和入射光束保持平行，避免外界雜散光的影響。當(dāng)直角棱鏡水平放置時，對拋光膠盤面形的徑向變化敏感，軸向變化不敏感。軸向只需光束能射至直角棱鏡即可，徑向?qū)伖饽z盤面形起伏反應(yīng)靈敏，適合拋光膠盤面形的高精度、高靈敏度測量。
[0016]本發(fā)明的第三個優(yōu)點:可以消除位移調(diào)節(jié)裝置移動導(dǎo)軌的固定誤差對測量精度的影響。只要將直角棱鏡脫離拋光膠盤，將移動臺在導(dǎo)軌上走一遍，并同時記錄下導(dǎo)軌移動位置和CXD上的線像偏移距離，保存此數(shù)據(jù)與以后測量值相減即得真值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為五角棱鏡的測量原理圖；
[0019]圖3為該裝置的底座及安放直角棱鏡俯視圖；
[0020]圖4為該裝置的底座及安放直角棱鏡在AA’處剖視圖；
[0021]圖中:1_平直導(dǎo)軌，2-激光器，3-透鏡組，4-狹縫光闌，5-光尺，6-CCD，7-分光棱鏡，8-準(zhǔn)直透鏡，9-入射光束，10-出射返回光束，11-位移調(diào)節(jié)裝置，12-移動臺，13-五角棱鏡或反射鏡，14-可伸縮套筒，15-底座，16-直角棱鏡，17-拋光膠盤，18-拋光盤19-鉸性連接槽，20-直角棱鏡的直角棱與拋光膠盤貼合槽，21-凹槽。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]參閱圖1，圖1為本發(fā)明大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，包括固定在拋光機機架上的帶有光尺5的平直導(dǎo)軌1，固定在平直導(dǎo)軌I上的位移調(diào)節(jié)裝置11及其驅(qū)動沿所述的平直導(dǎo)軌I移動的移動臺12，依次封裝的激光器2、透鏡組3、狹縫光闌4、分光棱鏡7和準(zhǔn)直棱鏡8固定地懸掛在所述的平直導(dǎo)軌的下方，所述的狹縫光闌4的中心位于透鏡組3的焦點，五角棱鏡或反射鏡13通過夾持裝置固定在移動臺12內(nèi)，一可伸縮套筒14和所述的移動臺12的下方剛性連接，一底座15和所述的可伸縮套筒14鉸接后放置在拋光膠盤17上；一直角棱鏡16安放在所述的底座15的直角凹槽21內(nèi)，所述的直角棱鏡16的直角棱貼合在所述的拋光膠盤17上，沿所述的激光器2發(fā)出的激光束方向，依次經(jīng)所述的透鏡組3、狹縫光闌4、分光棱鏡7、準(zhǔn)直透鏡8、五角棱鏡或反射鏡13,經(jīng)五角棱鏡或反射鏡13的反射光投射到所述的直角棱鏡16上，經(jīng)該直角棱鏡16的反射光返回，再經(jīng)五角棱鏡或反射鏡13、分光棱鏡7反射后成像在(XD6上。
[0024]所述的五角棱鏡或反射鏡13和直角棱鏡16的透射面鍍有增透膜，反射面鍍有反射膜。[0025]移動臺12由位移調(diào)節(jié)裝置11驅(qū)動，可以在帶有光尺5的平直導(dǎo)軌I上移動；五角棱鏡或反射鏡13固定在移動臺12內(nèi)，可伸縮套筒14和移動臺12剛性連接，底座15和可伸縮套筒14鉸性連接后放置在拋光膠盤17上，可以沿拋光膠盤17徑向移動；移動臺12與平直導(dǎo)軌I剛性連接。拋光膠盤17均勻澆注在大理石拋光盤18上，拋光盤由驅(qū)動電機驅(qū)動。
[0026]該裝置的工作原理如下:固定在平直導(dǎo)軌I上的激光器2發(fā)出的激光束通過透鏡組3，會聚到狹縫光闌4的中心；由狹縫光闌4發(fā)出的光束經(jīng)分光棱鏡7后，再經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8變?yōu)槠叫泄?，該平行光?jīng)過五角棱鏡或反射鏡13反射后垂直射到直角棱鏡16上，由直角棱鏡16反射的光束沿原路返回，經(jīng)五角棱鏡或反射鏡13反射后，穿過準(zhǔn)直透鏡8，經(jīng)分光棱鏡7后投射到(XD6上形成一線像。同理，當(dāng)再次移動直角棱鏡16到另一處，則在(XD6上形成一新線像，通過觀察或記錄，計算CXD上兩次線像的距離，除以準(zhǔn)直透鏡8的焦距即可得到該兩處拋光膠盤17之間的微小楔角的大小。利用位移調(diào)節(jié)裝置11，沿拋光膠盤徑向移動直角棱鏡16和五角棱鏡或反射鏡13，同時，記錄其位置，進(jìn)而可以得到大型環(huán)拋機拋光膠盤的母線在拋光中的變化情況。
[0027]該裝置的初始化如下:將直角棱鏡16連同底座放置在拋光膠盤17上。調(diào)節(jié)整機位置，使經(jīng)直角棱鏡16返回的線像位于CCD6屏幕的大致中央即可，然后，記錄下位移調(diào)節(jié)裝置和線像的位置，就可開始沿徑向測量了。
[0028]參閱圖2，利用該裝置的測量原理如下所述:
[0029]經(jīng)分光棱鏡7后的另一光束，穿過準(zhǔn)直透鏡8，投射向五角棱鏡或反射鏡13，如圖2所示，光束經(jīng)五角棱鏡或反射鏡13折反射后，射向帶有傾角的直角棱鏡16，根據(jù)五角棱鏡的性質(zhì)，入射光束和出射 光束的夾角始終為90度，光束經(jīng)過直角棱鏡16，出射光束9方向和入射10光束相同。若直角棱鏡和水平面的夾角為Θ，根據(jù)光的反射原理，反射光束和入射光束的夾角為2 Θ，即由圖2中，直角棱鏡和水平面夾角為α，則出射光束2和入射光束I的夾角為2 α，準(zhǔn)直透鏡8的焦距為f，(XD6上光斑偏移距離為Λχ，由三角關(guān)系得
[0030]Δ X = f.tan (2 a ) ^ f.2 α
[0031]故可以得到拋光膠盤和絕對水平面的楔角大小為
Δχ
[0032]a=Yf
[0033]由上述分析表明，通過測量兩束光反射光斑的中心偏移ΛΧ，可以十分靈敏的測量光學(xué)平行平晶的極微小的楔角至一秒甚至更小的數(shù)量級。
[0034]此外，由圖2還可以看出，反射光斑的位置正好是背離拋光膠盤楔角的方向，由此，也可以依據(jù)反射光斑在CCD上偏移的方向，很快的判斷出拋光膠盤楔角張角的方向。
[0035]參閱圖3和圖4，底座和直角棱鏡的放置如下所述:
[0036]直角棱鏡16安放在底座15內(nèi)，其直角棱和拋光膠盤貼合；凹槽21是為了方便安放和更換直角棱鏡。底座15和可伸縮套筒14鉸性連接，鉸性連接槽19 一方面可以使可伸縮套筒14連接底座15作上下提升，另一方面在移動臺12在位移驅(qū)動裝置15驅(qū)動時，使底座15保持與移動臺同步移動。直角棱鏡16的直角棱和拋光膠盤17緊密貼合。直角棱鏡是單向敏感的反射鏡，反射光束始終和反射光束保持平行。當(dāng)直角棱鏡水平放置時，對拋光膠盤面形的徑向變化敏感，軸向變化不敏感。軸向只需光束能射至直角棱鏡即可，徑向?qū)伖饽z盤面形起伏反應(yīng)靈敏，適合拋光膠盤面形的高精度、高靈敏度測量。
[0037]從以上分析可以得到拋光膠盤與絕對水平面之間的微小楔角以及高低圈情況。
[0038]本發(fā)明提出了一種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置。利用光反射原理，激光器發(fā)射的激光束經(jīng)過透鏡組、狹縫光闌、分光棱鏡、準(zhǔn)直透鏡后得到一平行光束，該平行光束經(jīng)一五角棱鏡(或反射鏡)反射后，投射到直角棱鏡，反射光束按原路返回，再次經(jīng)分光棱鏡后，投射到C⑶上形成一線像。移動直角棱鏡，會在CXD上形成一新的線像。根據(jù)兩線像間距離，得到拋光膠盤面上兩小塊面形不平的微小楔角。通過位移調(diào)節(jié)裝置，沿徑向改變五角棱鏡(或反射鏡)和直角棱鏡的位置，從而確定拋光膠盤的面形形狀變化，即高低圈變化情況。該裝置基本上實現(xiàn)了大型環(huán)拋機拋光膠盤的面形檢測，減輕了工作人員的勞動強度。另外，采用該裝置可以及時的了解拋光膠盤的面形情況，尤其是高低圈狀況，大大提高了工作效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，穩(wěn)定可靠，精度較高，不僅大大消除了工件搬運過程的安全性，而且避免了外界雜質(zhì)的引入而對工件表面造成損傷。實驗表明，本發(fā)明實現(xiàn)了大型環(huán)拋機拋光膠盤的面形檢測，減輕了工人勞動強度，避免了工件損傷，保證了工件的表面光潔度，提高了工件的加工效率和安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，其特征在于該裝置包括固定在拋光機機架上的帶有光尺(5)的平直導(dǎo)軌(I)，固定在平直導(dǎo)軌(I)上的位移調(diào)節(jié)裝置(11)及其驅(qū)動沿所述的平直導(dǎo)軌(I)移動的移動臺(12)，依次封裝的激光器(2)、透鏡組(3)、狹縫光闌(4)、分光棱鏡(7)和準(zhǔn)直棱鏡(8)固定地懸掛在所述的平直導(dǎo)軌的下方，所述的狹縫光闌(4)的中心位于透鏡組(3)的焦點，五角棱鏡或反射鏡(13)通過夾持裝置固定在移動臺(12)內(nèi)，一可伸縮套筒(14)和所述的移動臺(12)的下方剛性連接，一底座(15)和所述的可伸縮套筒(14)鉸接后放置在拋光膠盤(17)上；一直角棱鏡(16)安放在所述的底座(15)的直角棱鏡槽內(nèi)，所述的直角棱鏡(16)的直角棱貼合在所述的拋光膠盤(17)上，沿所述的激光器(2)發(fā)出的激光束方向，依次經(jīng)所述的透鏡組(3)、狹縫光闌(4)、分光棱鏡(7)、準(zhǔn)直透鏡(8)、五角棱鏡或反射鏡(13)，經(jīng)五角棱鏡或反射鏡(13)的反射光投射到所述的直角棱鏡(16)上，經(jīng)該直角棱鏡(16)的反射光返回,再經(jīng)五角棱鏡或反射鏡(13)、分光棱鏡(7)反射后成像在CXD (6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型環(huán)拋機拋光膠盤面形檢測裝置，其特征在于所述的五角棱鏡或反射鏡(13)和直角棱鏡(16)的透射面鍍有增透膜，反射面鍍有反射膜。
【文檔編號】G01B11/24GK104034284SQ201410307080
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】陳軍, 朱寶鈐, 徐學(xué)科, 頓愛歡, 顧建勛, 李穎峰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所