Установка для обработки оптическихповерхностей изделий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 1834800но делам изобретений н открытий(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ1Изобретение относится к прецизион-ной обработке поверхностей, а именнок электрофизическим установкам, предназначенным цля формообразования оптических поверхностей бомбардировкой потоком .заряженных частиц.5Известны ионно-лучевые установкидля формообразования оптических поверхностей, в которых обработка поверхности детали осуществляется ионнымпучком, отклоняемым на небольшие угОлы с помощью системы магнитных линз.Такое устройство позволяет обрабатывать детали небольших размеров сосравнительно невысокой точностью,приблизительно 1 мкм 11,15Однако в известных установках обработка деталей больших размеров сбольшей точностью достигается путемиспользования механического приводаперемещения пучка относительно обрабатываемой поверхности, контрольформы 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 тех3нологические возможности, обусловленные малым диаметром ионного пучка, отсутствием возможности плавной регулировки размеров пучка (диаметр пучка регулируется дискретно. набором диаф 5 рагм) , а также невозможностью исправления дефектов обрабатываемой поверхности (в виде углублений и люменов) в связи с напылением дополнительного слоя.10Цель изобретения - увеличение производительности и расширение технологических возможностей. 834 40 Поставленная, цель достигается благодаря тому, что установка для об 15 работки оптических поверхностей изделийсодержащая 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, 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 45 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 5 д и Ь Ч относитель 800 4но плазменного пучка на фиг.3 - от 1верстие плавно регулируемой диафрагмы и ее эффективный диаметр 1 на фиг.4 часть обрабатываемой поверхности плоского зеркала, имеющего отступление от плоскости в виде бугра произвольной формы, план; на фиг. 5 и 6- дискретное 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 Ой на. угол Д 1 1 по координате 4), наклона вокруг осиОУ на угол Ь.Е 4 (по координате у) и дискретного поступательного перемещения вдоль оси ОЕ (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 0), ловушку 1 О, 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 ОМ на угол д 4 (по координате 11) и оси ОУ на угол ЬЕд(по координате у) , привод 13 для дискретного перемещения приспособления 2 вдоль оси ОЕ, 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 1 напыления) с базовым сигналом. При5 8348 необходимости напыления. слоя на поверхность изделия 3 ионный источник 4 плазменного пучка поворотом вокруг центра О 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 О (Фиг.3), плавно регулируемым диафрагмой 7 и заслонкой 8, управляемых соответственно приводами.14 и 15. Отверстие диафрагмы 7 выполнено в виде правильного:шестиугольника. 15Установка работает следующим образом. В блок 17 управления вводятся программы; величина и последователь 20 1 ность исполнения движений по координатам,у и 2; определяющих положение центра плазменного пучка на поверхности изделия 3, глубина распыления (напыления) материала с обрабатываемой поверхности (на обрабатываемую поверхность) изделия 3, эффективный диаметр регулируемой диафрагмы 7 и положение заслонки 8 как Функции коорд нат Ч , у и г. По сигнал м с блока 17 управления установкой приспособление 2 для крепления и перемещения изделия с помощью приводов 11- 13 ориентируется так, чтобы ось плазменного пучка (или потока распылен 35 ного материала мишени) совпала с начальными координатами 11, у и гО (фиг.6), определенными программой перемещений и поворотов относительно осей ОМ, ОУ и 02 , соответственно, 40 при этом за счет наклона приспособления 2 вокруг оси ОУ обеспечивается эффективный угол падения плазменного пучка на поверхность изделия ( Едо60+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 6010 она 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 отверстиедиафрагмы 7.Плазменный пучок, пройдя черездиаФрагму 7, бомбардирует поверхность изделия 3 и распыляет ее. При угле 60 д+10 падения ионов пучка достигаетася, с одной стороны, высокая скоростьобработки, а с другой - узкая диаграмма направленности распыленного материала, Последнее обуславливает возможность экранирования распыленногоматериала с помощью ловушки 10, чтодает возможность полностью исключитьего осаждение на обрабатываемую поверхность.Одновременно система 6 контроляза Формообразованием в виде электрического сигнала выдает информациюо толщине распыленного (или напыленного) слоя материала. Этот сигналсравнивается в блоке 18 с базовымсигналом блока 17 управления заданной толщине. В случае их совпадения,блок 17 управления последовательновыдает сигналы на полное перекрытиедиафрагмы заслонкой 8, дискретныеперемещения детали вдоль Ог и поворо.тов вокруг осей Ой и. ОУ, затемв той же последовательности производится обработка нового участка по"верхности изделия. При необходимостинанесения на обрабатываемую поверхность дополнительного слоя материала(процесс так называемого залечивания=60 + 1 О :и эффективно ее распыляет.ло о,Направленный поток распыленного материала мишени падает нормально назаданный дефектный участок поверхности, например в виде ям, и осаждаетсяв виде покрытия, обеспечивая залечивание дефектов,В предлагаемой установке возможноиспользование источников плазменногопучка простой конструкции, так какне накладывается строгих ограниченийна равномерность распределения энергии плазменного пучка по .сечению.Выбором технологического процессаможно усреднить случайные флуктуацииэтого параметра пучка до значений,при которых обеспечивается заданнаяточность обработки.На примере процесса доводки Формыповерхности плоского зеркала (фиг.4)834800 менного пучка. Г 2 Э 3: (4) Глубина слоя имеющего отступление от плоскостипроизвольной формы, рассматриваютрасчет параметров обработки, Исходныеданные относительные вариации токаплазменного пучка от равномерногораспределения Ь 1 , максимальная высота М отступления от номинальнойформы поверхности, средняя скоростьглубины распыления (напыления) надиаметре пучка Ч, допустимая остаточ Оная погрешность й М обработки и топограмма нормальных отклонений от номинальной формы обрабатываемого изделия,представленная в нашем примере в виде линий равных нормальных отклонений.1Для выполнения условия усредненияфлуктуаций тока плазменного пучкаот равномерного искомое отступлениепо высоте разбиваем на и слоев (фиг.5)В свою очередь слои с нечетным поряд Оковым номерам по ширине разбиваемна две одинаковые части, с четным -на три. Ширина этих пятен определяетэффективный диаметр 0 регулируемойдиафрагмы плазменного пучка 25 8С другой стороны допустимое значение относительных вариаций тока плаз 1Полагая, что коэффициент усреднения интегрального значения потока пропорционален корню квадратному из числа слоев п,последнее определяется как Окончательное число и слоев и высота 1 одного слоя выбираются наибольшими и наименьшими из п п и соот УветственноВремя обработки одного элементарного участка, соответствующего одному положению плазменного пятна на детали, равноа число слоев 55 0,5 В, если и четно; (1) О=0,3 В, если и нечетно, где В - текущее значение ширины слояКрая верхних пятен примерно нахо ЗО дятся над центрами нижних, что способствует усреднению интегрального потока. По схеме, напоминающей так называемые "пчелиные соты" (фиг.б) кажцый слой заполняется соответствую- з щим числом плазменных пятен (шестиугольной, треугольной форм). Так как шестиугольная плавно регулируемая диафрагма плазменного пучка может быть частично перекрыта заслонкой, то 4 О нетрудно видеть, что набором плазменных пятен шестиугольной, треугольной и промежуточной формы можно покрыть поверхность практически любой конфигурации. Одновременно из картины покрытия,(фиг.б) графически легко определяются координаты И и б оси плазт. менного пучка на обрабатываемой поверхности. Остаточная кромка на краю обрабатываемого участка от следа плазменного пучка не должна превышать ЬМ, поэтому высота одного слоя(,1оПолное время обработки всего участгде Я - число плазменных пятен в каждом слое.Так при Л:1 (0,2 М=О,З мкм, 1=5 мкм/час, М=0,01 мкм, получаем Ь 1 =310 , п=п =50, й=с =6 10 мкм и То= 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 диафрагмы9 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 1 эффективностью процессов напыленияо с и распыления при углах= Ед =60 + 1 О 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- г 5 ние задачи локального напыления материала и эффективного экранирования обрабатываемой поверхности изделия от распыленного материала с помощью дополнительно введенной ловушки, что зо позволяет использовать для контроля формообразования сравнительно простые методы и устройства для контроля глубины распыления (напыления) материала на отдельных участках поверхностиобрабатываемого изделия с достаточной точностью. Кроме того, сохраняется точность и уменьшается общее время обработки изделия в 2-3 раза, а также улрощается система контроля установ-, 40 ки за формообразованием. Таким образом,использование предлагаемой установки позволяет при сохранении точности обработки увеличить 45 производительность, расширить техно 00. 10логические возможности и упроститьконструкцию установки,Формула изобретенияУстановка для обработки оптическихповерхностей изделий, содержащаявакуумную камеру с размещенными вней ионным источником, снабженным приводом перемещения, приспособлением длякрепления обрабатываемого изделия сприводами крепления изделия и вращенияприспособления вокруг собственной оси,систему контроля за формообразованиемобрабатываемой поверхности, блокиуправления 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, расположеннойпод углом к плоскости обрабатываемойповерхности, регулируемой диафрагмойи заслонкой с приводами, установленными между ионным источником и мишенью, а также ловушкой распыленногоматериала обрабатываемого изделия,а приспособление для крепления обрабатываемого изделия дополнительноснабжено приводами возвратно-поступательного движения, перемещенияи наклона в плоскости падения плазменного пучка ионного источника наобрабатываемую 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 приводамизаслонки и диафрагмы, а вход блокауправления соединен с выходом системыконтроля через блок сравнения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Арр. Ор Ч 12, Р 3, 1973,р.451-454.2. Сощр 1 ее 5 узйещ Го ро 11 з 6 апд.Составитель С. МироРедактор К. Лембак Техред Л,Пекарь 4 комитета ССС и открытийаушская наб.,4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Заказ 4 1 1 3/80 Тираж 7 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Жт 35, КорректорВПодписное