專利名稱：可用于kdp晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置及其拋光加工方法
技術領域：
本發明屬于功能性晶體超精密加工技術領域，尤其涉及一種KDP晶體的確定性拋光加工裝置及加工方法。
背景技術：
KDP (磷酸二氫鉀)作為一種優質的非線性光學晶體，在慣性約束聚變固體激光驅動器等激光和光學領域都具有廣泛應用，但是因其具有各向異性、質軟、易潮解、脆性高、對溫度變化敏感和易開裂等不利于材料加工的特點，使得KDP晶體的加工周期長、合格率低、質量不穩定，因此KDP晶體成為目前最難加工的晶體材料之一。目前常用的KDP晶體加工 方法中，無磨料拋光加工KDP會在表面嵌入磨粒并產生殘余應力，拋光中產生的熱量也會破壞表面質量；單點金剛石車削(SroT)加工KDP去除效率高，但是加工表面存在刀痕并有殘余應力，表面質量達不到高精度要求；磁流變(MRF)加工KDP可以獲得高精度的表面，但是磁流變液中的鐵粉會嵌入到KDP表面，降低表面的激光損傷閾值。KDP晶體的高精度無損傷加工方法一直是非線性光學晶體超精密加工領域關注的重要問題，但目前沒有成熟的技術方案可以借鑒。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種高精度、高效率、無損傷、低成本的可用于KDP晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置，還提供一種反應液成本低廉、潮解去除效率高、可以獲得高精度KDP晶體表面的拋光加工方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種可用于KDP晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置，所述加工裝置包括固定待拋光工件的工件裝配臺和設有噴嘴的運動平臺，所述噴嘴通過液體輸送管道與裝填有反應液的儲液罐相連通，所述液體輸送管道上設有可將儲液罐中的反應液輸送至噴嘴處的蠕動泵，所述反應液中含有用于潮解待拋光工件的潮解反應劑和可選擇性添加的用于調節潮解反應劑比例的有機溶劑。作為對上述加工裝置的進一步改進，所述噴嘴內部開設有與所述液體輸送管道連通的供液孔，所述噴嘴外部開設有回收反應液的回收孔，所述噴嘴內部設置將反應液從供液孔導出至待拋光工件表面的供給通道和將反應液從回收孔處回收至液體輸送管道的回收通道；所述供給通道和回收通道相互獨立分隔開；所述儲液罐上連接有可產生負壓以實現反應液回收的真空發生器；所述反應液中含有乙醇。上述的加工裝置中，所述液體輸送管道上優選連接有脈沖阻尼器，利用脈沖阻尼器消除蠕動泵帶來的流速波動。上述的加工裝置中，所述工件裝配臺優選作為Z軸升降臺，所述工件裝配臺上設有固定待拋光工件的真空吸盤；所述運動平臺優選作為XY軸平移臺。上述的加工裝置中，所述工件裝配臺和運動平臺均優選安裝于四周開設有隔振溝的地基上，地基上設有凸臺，所述運動平臺下方設可調墊鐵，可調墊鐵與凸臺間設有墊片。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種用上述的加工裝置對KDP晶體進行拋光加工的方法，包括以下步驟
(1)在所述工件裝配臺上通過真空吸盤固定待拋光加工的KDP晶體；
(2)以純水作為潮解反應劑(利用KDP晶體遇水潮解的特性)，并與有機溶劑(有機溶劑是作為運輸載體并用來調節反應液中潮解反應劑的比例)、乙醇混配得到反應液，在所述蠕動泵的作用下將反應液從所述儲液罐輸送到運動平臺上設置的噴嘴處，并由噴嘴噴射至KDP晶體的表面，將KDP晶體的潮解去除限制在噴嘴接觸的區域內，通過噴嘴在KDP晶體表面的掃描實現對KDP晶體的確定性加工；
(3)以反應液中乙醇揮發得到的溫度梯度實現Marangoni效應來消除KDP晶體表面的反應液殘留，與此同時，所述儲液罐通過真空發生器實現的負壓使從噴嘴處回收的反應液 回流至儲液罐中。與現有技術相比，本發明的優點在于
(1)首先，本發明加工裝置及方法中的反應液主要由有機溶劑和純水構成，我們利用KDP晶體遇水潮解的特性實現去除加工，物理潮解過程對振動等外界影響不敏感，加工過程不會在表面殘余應力，也不會在表面殘留雜質離子，這更好地保證了 KDP晶體的光學性能；
(2)本發明的加工裝置中通過設置噴嘴將物理潮解加工去除限制在接觸區域內，這可以獲得穩定的去除函數，實現確定性加工，通過控制噴嘴的掃描速度進而控制駐留時間，以加工出各種形狀的高精度KDP光學表面；
(3)本發明優選方案的反應液中添加乙醇，通過乙醇揮發得到的溫度梯度實現Marangoni效應來消除表面反應液殘留，儲液罐中則通過真空發生器產生負壓實現反應液的快速回收，潮解過程更加穩定可控，可以獲得高精度的表面質量；
(4)本發明優選的技術方案中，噴嘴由同軸的內部供給部分和外部回收部分構成，內部供給部分的底部中心通孔將反應液運送到KDP晶體表面，外部回收部分的外壁回收孔在儲液罐負壓和Marangoni效應共同作用下將反應液回收到儲液罐,反應液通過螺動泵、噴嘴和真空發生器實現了在儲液罐、液體輸送管道中的循環，循環速度可由蠕動泵轉速控制，結構簡單緊湊，循環利用的反應液進一步降低了加工成本；
(5)本發明中優選設置的脈沖阻尼器消除了流速波動，保證流速平穩；
(6)本發明優選的技術方案中，通過將噴嘴固定安裝在XY軸運動平臺上，KDP晶體則通過真空吸盤固定在Z軸升降臺上，這組成的加工裝置，不僅結構簡單、易于實現，且物理潮解過程對噴嘴和KDP晶體的相對位置精度不敏感，降低了對系統精度的要求；
(7)本發明加工裝置及方法的潮解去除速率可以由反應液中純水的比例、反應液循環速度精確控制，去除效率可調節范圍大，可以同時滿足高效率的粗加工和高精度的精加工要求；
(8)本發明優選的方案是在地基上設有凸臺，以便于XY運動平臺和Z軸升降臺的安裝，減少由于地基的高低不平對安裝精度的影響。總的來說，本發明的加工裝置結構簡單，加工方法易于操作，反應液成本低廉，潮解去除效率高，可以獲得高精度的KDP晶體表面。


圖I為本發明實施例中加工裝置的結構示意圖(主視)。圖2為本發明實施例中加工裝置的結構示意圖(俯視)。圖3為本發明實施例中加工裝置裝設的噴嘴的結構示意圖。圖4為圖3中A-A處的剖視圖。圖5為圖3中B-B處的剖視圖。圖例說明
I.反應液；2.蠕動泵；3.儲液罐；4. XY軸運動平臺；5.噴嘴；6. Z軸升降臺；7.脈沖阻尼器；8.真空發生器；9.真空吸盤；10.噴嘴固定臺；11.液體輸送 硬管；12.液體輸送軟管；13.接頭；14.轉接頭；15.凸臺；16.可調墊鐵；17.隔振溝；18.地基；19.墊片；20.供液孔；21.回收孔；22.供給通道；23.回收通道。
具體實施例方式以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。實施例
一種如圖I 圖5所示的用于KDP晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置，力口工裝置包括Z軸升降臺6和設有噴嘴固定臺10的XY軸運動平臺4，Z軸升降臺6上裝設有固定待拋光KDP晶體的真空吸盤9，噴嘴固定臺10的上方設有噴嘴5，噴嘴5通過液體輸送管道與裝填有反應液I的儲液罐3相連通，液體輸送管道上設有可將儲液罐3中的反應液I輸送至噴嘴5處的蠕動泵2。本實施例的液體輸送管道包括液體輸送硬管11和液體輸送軟管12，液體輸送軟管12主要用在蠕動泵2上，其余部分則使用液體輸送硬管11。液體輸送管道的各部分由對應尺寸的接頭13或者轉接頭14連接成一體，結構簡單、緊湊。本實施例的噴嘴5如圖3 圖5所不,噴嘴5內部開設有與液體輸送管道連通的供液孔20，供液孔20位于噴嘴底部的中心處，噴嘴5的外壁上開設有回收反應液I的回收孔21，噴嘴5內部設置將反應液I從供液孔20導出至待拋光KDP晶體表面的供給通道22和將反應液I從回收孔21處回收至液體輸送管道的回收通道23 ;供給通道22和回收通道23相互獨立分隔開。本實施例的儲液罐3上連接有可產生負壓以實現反應液I回收的真空發生器8。本實施例的加工裝置中，液體輸送管道上還連接有脈沖阻尼器7，利用脈沖阻尼器7消除蠕動泵帶來的流速波動。本實施例的加工裝置中，XY軸運動平臺4和Z軸升降臺6均安裝于四周開設有隔振溝17的地基18上，地基18上設有凸臺15，XY軸運動平臺4下方設可調墊鐵16，可調墊鐵16與凸臺15間設有墊片19，這樣便于XY軸運動平臺4和Z軸升降臺6的安裝，減少由于地基18的高低不平對安裝精度的影響。本實施例的反應液I中含有純水、有機溶劑和乙醇，純水是用于潮解待拋光KDP晶體的潮解反應劑，有機溶劑是作為運輸載體并用來調節反應液中潮解反應劑的比例，乙醇揮發得到的溫度梯度實現Marangoni效應來消除表面反應液殘留。一種用上述本實施例的加工裝置對KDP晶體進行拋光加工的方法，包括以下步驟
(1)在Z軸升降臺6上通過真空吸盤9固定待拋光加工的KDP晶體；
(2)以純水作為潮解反應劑，并與有機溶劑(例如冰醋酸、二甲苯等與水互溶有機溶劑)、乙醇混配得到反應液1，將反應液倒入儲液罐3中，開啟蠕動泵2，在蠕動泵2的作用下將反應液I從儲液罐3輸送到XY軸運動平臺4上設置的噴嘴5處，并由噴嘴5噴射至KDP晶體的表面，將KDP晶體的潮解去除限制在噴嘴5接觸的區域內，通過噴嘴5在KDP晶體表面的掃描實現對KDP晶體的確定性加工；通過控制噴嘴5的掃描速度進而控制駐留時間，以加工出各種形狀的高精度KDP光學表面；
(3)以反應液I中乙醇揮發得到的溫度梯度實現Marangoni效應來消除KDP晶體表面的反應液I殘留，用脈沖阻尼器7消除蠕動泵2帶來的流速波動，與此同時，儲液罐3通過真空發生器8實現的負壓使從噴嘴5處回收的反應液I回流至儲液罐3中，通過循環利用反應液I降低了加工成本。

本實施例中，潮解反應去除速率可以由反應液I中純水的比例、反應液循環速度精確控制，去除效率可調節范圍大，可以同時滿足高效率的粗加工和高精度的精加工要求。
權利要求
1.ー種可用于KDP晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置，所述加工裝置包括固定待拋光エ件的エ件裝配臺和設有噴嘴的運動平臺，所述噴嘴通過液體輸送管道與裝填有反應液的儲液罐相連通，所述液體輸送管道上設有可將儲液罐中的反應液輸送至噴嘴處的蠕動泵，所述反應液中含有用于潮解待拋光エ件的潮解反應劑和可選擇性添加的用于調節潮解反應劑比例的有機溶劑。
2.根據權利要求I所述的加工裝置，其特征在于所述噴嘴內部開設有與所述液體輸送管道連通的供液孔，所述噴嘴外部開設有回收反應液的回收孔，所述噴嘴內部設置將反應液從供液孔導出至待拋光エ件表面的供給通道和將反應液從回收孔處回收至液體輸送管道的回收通道，所述供給通道和回收通道相互獨立分隔開；所述儲液罐上連接有可產生負壓以實現反應液回收的真空發生器；所述反應液中含有こ醇。
3.根據權利要求I或2所述的加工裝置，其特征在于所述液體輸送管道上連接有脈沖阻尼器。
4.根據權利要求I或2所述的加工裝置，其特征在于エ件裝配臺為Z軸升降臺，所述エ件裝配臺上設有固定待拋光エ件的真空吸盤；所述運動平臺為XY軸平移臺。
5.根據權利要求4所述的加工裝置，其特征在于所述エ件裝配臺和運動平臺均安裝于四周開設有隔振溝的地基上，地基上設有凸臺，所述運動平臺下方設可調墊鐵，可調墊鐵與凸臺間設有墊片。
6.根據權利要求I或2所述的加工裝置，其特征在于所述エ件裝配臺和運動平臺均安裝于四周開設有隔振溝的地基上，地基上設有凸臺，所述運動平臺下方設可調墊鐵，可調墊鐵與凸臺間設有墊片。
7.一種用權利要求I 6中任一項所述的加工裝置對KDP晶體進行拋光加工的方法，包括以下步驟 (1)在所述エ件裝配臺上通過真空吸盤固定待拋光加工的KDP晶體； (2)以純水作為潮解反應劑，并與有機溶劑、こ醇混配得到反應液，在所述蠕動泵的作用下將反應液從所述儲液罐輸送到運動平臺上設置的噴嘴處，并由噴嘴噴射至KDP晶體的表面，將KDP晶體的潮解去除限制在噴嘴接觸的區域內，通過噴嘴在KDP晶體表面的掃描實現對KDP晶體的確定性加工； (3)以反應液中こ醇揮發得到的溫度梯度實現Marangoni效應來消除KDP晶體表面的反應液殘留，與此同時，所述儲液罐通過真空發生器實現的負壓使從噴嘴處回收的反應液回流至儲液罐中。
全文摘要
本發明公開了一種可用于KDP晶體拋光加工的確定性局部物理潮解加工裝置，包括工件裝配臺和設有噴嘴的運動平臺，噴嘴通過液體輸送管道與儲液罐相連通，液體輸送管道上設有可將儲液罐中的反應液輸送至噴嘴處的蠕動泵，反應液中含有潮解反應劑和有機溶劑。該加工裝置對KDP晶體進行拋光加工的方法包括以下步驟首先在工件裝配臺上固定待拋光加工的KDP晶體；以純水作為潮解反應劑，在蠕動泵的作用下將其輸送到噴嘴處，將KDP晶體潮解去除限制在噴嘴接觸的區域內，以乙醇揮發得到的溫度梯度來消除KDP晶體表面的反應劑殘留，同時通過真空發生器實現的負壓使反應劑從噴嘴處回收。本發明具有高精度、高效率、無損傷、低成本等優點。
文檔編號B24B37/00GK102765044SQ20121026667
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者關朝亮, 彭小強, 彭文強, 戴一帆, 李圣怡, 沈新民 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學