Установка для обработки оптическихповерхностей изделий

Установка для обработки оптическихповерхностей изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< «834800 (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 17. 07. 78 (21) 2648366/18-21 с присоелинением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 30. 05. 81. Бюллетень,% 20

Дата опубликования описания 30.05.81

3 (51)M. Кл.

Н 01 J 37/30

Гасударственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 793. . 14 (088. 8) (72) Автор изобретения.

В. Г. Тузов (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к прецизион- ной обработке поверхностей, а именно к электрофизическим установкам, предназначенным цля формообразования оптических поверхностей бомбардировкой потоком .заряженных частиц.

Известны ионно-лучевые установки для формообразования оптических поверхностей, в которых обработка поверхности детали осуществляется ионным пучком, отклоняемым на небольшие yr10 лы с помощью системы магнитных линз.

Такое устройство позволяет обрабатывать детали небольших размеров со сравнительно невысокой точностью, приблизительно 1 мкм (1).

Однако в известных установках обработка деталей больших размеров с большей точностью достигается путем использования механического привода перемещения пучка относительно обрабатываемой поверхности, контроль формы поверхности производится с помощью специальных оптических систем, встроенных в установку, или независимых, которые позволяют контролировать либо глубину съема на отдельных участках поверхности, либо всю поверхность.

Установки, содержащие встроенные оптические системы для контроля формообразования, сложны, имеют большую стоимость и используются для обработки деталей диаметром не более 300 мм.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для обработки оптических поверхностей изделий, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней ионнным источником, снабженным приводом перемещения, приспособлением для крепления обрабатываемого изделия с приводами крепления изделия и вращения приспособления вокруг собственной оси, систему контроля за формообразованием обрабатываемой поверхности, блоки управления и сравнения 12).

Недостатками установки являются малая производительность и низкие тех3 нологические возможности, обусловленные малым диаметром ионного пучка, отсутствием возможности плавной регулировки размеров пучка (диаметр пучка регулируется дискретно. набором диаф5 рагм), а также невозможностью исправления дефектов обрабатываемой поверхности (в виде углублений и люменов) в связи с напылением дополнительного слоя.

Цель изобретения — увеличение производительности и расширение технологических возможностей.

834

Поставленная, цель достигается благодаря тому, что установка для об15 работки оптических поверхностей изделий,,содержащая вакуумную Камеру с размещенными в ней ионным источником, снабженным приводом перемещения, 20 приспособлением для крепления обрабатываемого изделия с приводами крепления изделия и вращения приспособления вокруг собственной оси, систему контроля за формообразованием обрабатываемой поверхности, блоки управления и сравнения, снабжена мишенью, о расположенной под углом, к плоскости обрабатываемой поверхности, регулируемой диафрагмой и заслонкой с приводами, установленными между ионным источником и мишенью, а также ловушкой распыленного материала обрабатываемого изделия, а приспособление для крепления обрабатываемого изделия дополнительно снабжено приводами возвратно-поступательного движения, перемещения и наклона в плоскости падения плазменного пучка ионного источника на обрабатываемую поверхность изделия, причем выходы блока управления соединены с ионным источником и его приводом, с блоком сравнения и с приводами крепления и перемещений обрабатываемого изделия, а 4> также с приводами заслонки и диафрагмы, а вход блока управления соединен с выходом системы контроля через блок сравнения.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемой полуавтоматической установки для формообразования оптических поверхностей путем распыления материала с обрабатываемой поверхности, напыления на нее дополнительного слоя; на фиг.2 — узел для крепления и перемещения изделий по координатам Яд и Ч на величины соответственно А д и Ь g относитель800 4 но плазменного пучка на фиг.3 — от7 верстие плавно регулируемой диафрагмы и ее эффективный диаметр1 на фиг.4 часть обрабатываемой поверхности плоского зеркала, имеющего отступление от плоскости в виде бугра произвольной формы, план; на фиг. 5 и 6дискретное расположение следов плазменного пучка в процессе обработки этого участка поверхности, нормальный и продольный разрезы бугра. установка (фиг.1) содержит вакуумную камеру 1, приспособление 2

С приводами для крепления и перемещения обрабатываемого изделия, установленное в вакуумной камере с возможностью дискретного поворота вокруг собственной оси 0N на. угол Д $ 1по координате g ), наклона вокруг оси

ОУ на угол и Е> (по координате у) и дискретного поступательного перемещения вдоль оси 02 (по координате 2) в плоскости падения плазменного пучка на обрабатываемую поверхность изделия

3, ионный источник 4, соединенный с вакуумной камерой 1 сильфоном 5, систему 6 контроля за формообразованием, плавно регулируемую диафрагму 7., установленную между ионными источником

4 и приспособлением 2 для крепления и перемещения обрабатываемого изделия по оси плазменного пучка ионного источника 4 и снабженную заслонкой 8, мишень 9, установленную между плавно регулируемой диафрагмой 7 и приспособлением 2 для крепления и перемещения обрабатываемого изделия 3 на.пути распространения плазменного пучка, (когда ионный источник плазменного пучка 4 повернут вокруг центра О ), ловушку 10, установленную на пути распыляемого с обрабатываемой поверхности материала, приводы 11 и 12 дискретных поворотов приспособления

2 для крепления и перемещения обрабатываемого изделия 3 вокруг собственной оси ON на угол 2 4 (по координате 11) и оси ОУ на угол 6 д(по координате у), привод 13 для дискретного перемещения приспособления 2 вдоль оси OZ приводы. 14-16 плавной регулировки эффективного диаметра диафрагмы, управления положением заслонки 8 и ионного источника 4 плазменного пучка, блок 17 управления работой установки, блок 18 для сравнения сигнала системы контроля распыления (напыления) с базовым сигналом. При

5 8348 необходимости напыления. слоя на поверхность изделия 3 ионный источник

4 плазменного пучка поворотом вокруг центра 0 1. с помощью привода 16 наводится на мишень 9. Как при напылении, так и при распылении поверхности обрабатываемого изделия 3 форма и размеры плазменного пучка, а следователь-, но, и участка обрабатываемой поверхности, определяются эффективным диаметром 0 (фиг.3), плавно регулируемым диафрагмой 7 и заслонкой 8, управляемых соответственно приводами.14 и 15.

Отверстие диафрагмы 7 выполнено в виде правильного:шестиугольника. 15

Установка работает следующим образом.

В блок 17 управления вводятся программы; величина и последователь20

1ность исполнения движений по координатам,у и Z; определяющих положение .центра плазменного пучка на поверхности иэделия 3, глубина распыления (напыления) материала с обрабатываемой поверхности (на обрабатываемую поверхность) изделия 3, эффективный диаметр регулируемой диафрагмы

7 и положение заслонки 8 как функции коорднат Ч, y Z. IIo сигналм зо с блока 17 управления установкой приспособление 2 для крепления и перемещения изделия с помощью приводов ll13 ориентируется так, чтобы ось плазменного пучка (или потока распылен35 ного материала мишени) совпала с начальными координатами g у и Za (фиг.6), определенными программой перемещений и поворотов относительно осей ON, OY и ÎZ, соответственно, 40 при этом за счет наклона приспособ ления 2 вокруг оси ОУ обеспечивается эффективный угол падения плазменного пучка на поверхность изделия (Ед о

60+10) . Затем с блока 17 управления 45 последовательно посылаются сигналы на включение ионного источника 4, а также приводов 14-16. В результате плазменный пучок направляется под углом ба.1(Рна поверхность изделия 3 (в случае распыления) либо на мишень

9 в случае напыления материала на поверхность иэделия 3), при этом плавно регулируемая диафрагма 7 раскрывается до необходимого значения эффективного диаметра, а заслонка

8 в зависимости от формы обрабатываемого участка поверхности открывает

00 6 частично или полностью отверстие диафрагмы 7.

Плазменный пучок, пройдя через диафрагму 7, бомбардирует поверхность изделия 3 и распыляет ее. При угле

60о+10 падения ионов пучка достигаета ся, с одной стороны, высокая скорость обработки, а с другой — узкая диаграмма направленности распыленного материала. Последнее обуславливает возможность экранирования распыленного материала с помощью ловушки 10, что дает возможность полностью исключить

его осаждение на обрабатываемую поверхность.

Одновременно система 6 контроля за формообразованием в виде электрического сигнала выдает информацию о толщине распыленного (или напыленного) слоя материала. Этот сигнал сравнивается в блоке 18 с базовым сигналом блока 17 управления заданной толщине. В случае их совпадения ,блок 17 управления последовательно выдает сигналы на полное перекрытие диафрагмы заслонкой 8, дискретные перемещения детали вдоль OZ и поворо.тов вокруг осей ON и ОУ, затем в той же последовательности производится обработка нового участка по" верхности изделия. При необходимости нанесения на обрабатываемую поверхность дополнительного слоя материала (процесс так называемого залечивания .дефектов) .ионный источник 4 поворачивается с помощью привода 16, при этом плазменный пучок, пройдя диафрагму 7, попадает на мишень 9 под углом Е1,1 =

=60 + 10 :и эффективно ее распыляет.

«ло о, Направленный поток распыленного материала мишени падает нормально на заданный дефектный участок поверхности, например в виде ям, и осаждается в виде покрытия, обеспечивая залечивание дефектов.

В предлагаемой установке возможно использование источников плазменного пучка простой конструкции, так как не накладывается строгих ограничений на равномерность распределения энергии плазменного пучка по .сечению.

Выбором технологического процесса можно усреднить случайные флуктуации этого параметра пучка до значений, при которых обеспечивается заданная точность обработки.

На примере процесса доводки формы поверхности плоского зеркала (фиг.4) 834800 менного пучка.

Г 3) = — „(4) Глубина слоя — (Ь)

Ъ имеющего отступление от плоскости произвольной формы, рассматривают расчет параметров обработки. Исходные данные„ относительные вариации тока плазменного пучка оТ равномерного распределения Л 1, максимальная высота М отступления от номинальной формы поверхности, средняя скорость глубины распыления (напыления) на

Ф\ диаметре пучка Ч, допустимая остаточ- р ная погрешность и N обработки и топограмма нормальных отклонений от номинальной формы обрабатываемого изделия, представленная в нашем примере в виде линий равных нормальных отклонений.15

Для выполнения условия усреднения флуктуаций тока плазменного пучка от равномерного искомое отступление по высоте разбиваем Ha n слоев (фиг.5)

В свою очередь слои с нечетным поряд- 2р ковым номерам по ширине разбиваем на две одинаковые части, с четным— на три. Ширина этих пятен определяет эффективный диаметр D регулируемой диафрагмы плазменного пучка 25

С другой стороны допустимое значение относительных вариаций тока плаз1

Полагая, что коэффициент усреднения интегрального значения потока пропорционален корню квадратному из числа слоев n>,последнее« определяется как

Окончательное число и слоев и высота и одного слоя выбираются наибольшими и наименьшими из и и и соот У ветственно

Время обработки одного элементарного участка, соответствующего одному положению плазменного пятна на детали, равно

О 5 В, если и четно; (1)

D= >

0,3 В, если и нечетно, где  — текущее значение ширины слоя

Края верхних пятен примерно нахо 5р дятся над центрами нижних, что способствует усреднению интегрального потока. По схеме, напоминающей так называемые "пчелиные соты" (фиг.б) кажцый слой заполняется соответствую- З5 щим числом плазменных пятен (шестиугольной, треугольной форм). Так как шестиугольная плавно регулируемая диафрагма плазменного пучка может быть частично перекрыта заслонкой, то4р нетрудно .видеть, что набором плазменных пятен шестиугольной, треугольной и промежуточной формы можно покрыть поверхность практически любой конфигурации. Одновременно из картины пок-45 рытия .(фиг.6) графически легко опре-. деляются координаты <4 и Z) оси плазт. менного пучка на обрабатываемой поверхности. Остаточная кромка на краю обрабатываемого участка от следа пла 5р менного пучка не должна превышать

ЬМ, поэтому высота одного слоя (г) ьй к 5J а число слоев ка (,1 о

Полное время обработки всего участТ= Е: т ).

55 где Я вЂ” число плазменных пятен в каждом слое.

Так при Л Л 0,2 N=0,3 мкм, Ч=5 мкм/час, N=0,01 мкм, получаем

ihJ) =3 ° 10, п=п,=50, t=t =6.10 мкм и

Ъ

T -- 0,07 мин.

Введение плавно регулируемой диафрагмы с заслонкой и отверстием в виде правильного шестиугольника, центр которого расположен на оси плазменного пучка, позволяет плавно изменять размер распыляемого (напыляемого) участка поверхности обрабатываемого изделия, обеспечивать одновременный съем материала с максимально большой площади и получать оптические поверхности любой формы, при этом помимо расширения технологических возможностей создаются благоприятные условия для эффективного использования плазменных источников с большим диаметром пучка, для увеличения производительности установки.

Введение мишени, поворота ионного источника вокруг центра диафрагмы

9 8348 и наклона изделия в плоскости падения плазменного пучка позволяет изменять форму поверхности обрабатываемого изделия как распылением материала с ее поверхности, так и его напыления потоком, направленным по нормали к поверхности, Реализация возможности изменения формы поверхности напылением дополнительного слоя материала увеличивает производительность процесса доводки формы оптических поверхностей в несколько раз и расширяются технологические возможности установки. Наряду с этим становится возможным проведение с одинаковой эффективностью процессов напыления о о и распыления при углахЯ = Ед =60 + +10 падения. плазменного пучка на распыляемую поверхность, обеспечивающих по сравнению с нормальным падением уве- щ личение скбрости распыления, а следовательно, и производительности.

При указанных углах падения диаграмма направленности распыленного материала сильно сужается, а это упрощает реше- гз ние задачи локального напыления материала и эффективного экранирования обрабатываемой поверхности изделия от распыленного материала с помощью дополнительно введенной ловушки, что р позволяет использовать для контроля формообразования сравнительно простые методы и устройства для контроля глубины распыления (напыления) материала на отдельных участках поверхности обрабатываемого изделия с достаточной точностью. Кроме того, сохраняется точность и уменьшается общее время обработки изделия в 2-3 раза, а также улрощается система контроля установ-, 4о ки за формообразованием.

Таким образом,использование предлагаемой установки позволяет при сохранении точности обработки увеличить 4s производительность, расширить техно00. 10 логические возможности и упростить конструкцию установки.

Формула изобретения

Установка для обработки оптических поверхностей изделий, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней ионным источником, снабженным приводом перемещения, приспособлением для крепления обрабатываемого изделия с приводами крепления изделия и вращения приспособления вокруг собственной оси, систему контроля за формообразованием обрабатываемой поверхности, блоки управления и сравнения, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью увеличения производительности и расширения технологических. возможностей, она снабжена мишенью, расположенной под углом к плоскости обрабатываемой поверхности, регулируемой диафрагмой и заслонкой с приводами, установленными между ионным источником и мишенью, а также ловушкой распыленного материала обрабатываемого изделия, а приспособление для крепления обрабатываемого изделия дополнительно снабжено приводами возвратно-поступательного движения, перемещения и наклона в плоскости падения плазменного пучка ионного источника на обрабатываемую поверхность изделия, причем выходы блока управления соединены ионным источником и его приводом, с блоком сравнения и с приводами крепления и перемещений обрабатываемого изделия, а также с приводами заслонки и диафрагмы, а вход блока управления соединен с выходом системы контроля через блок сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Appl 0pt Ч 12, И - 3, 1973. р.451-454

2 Complete System fo polish and

Jon Mi11 Matal1ie Mirrors. Проспект фирмы "Elmotic 1976.

834800

Составитель С. Мирошкин

Редактор К. Лембак Техред Л, Пекарь Корректор В. Бутяга

Заказ 4 1 1 3/80 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4