[发明专利]大口径光学元件表面微缺陷修复用二维大行程联动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径光学元件表面微缺陷修复用联动装置。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭，核聚变能以其取之不尽又清洁的优点，成为人类最理想的未来能源。具有优良光学特性的大口径KDP晶体作为光学开关和倍频光学元件，在惯性约束核聚变装置中起着重要作用。然而，在超精密加工及激光打靶过程中，KDP晶体表面易产生微裂纹或烧蚀等形式的微缺陷点。若不采取措施及时处理，这些微缺陷点会在后续的激光打靶过程中不断增长，最终导致整个晶体元件的损坏。

目前，我国对大部分产生初始损伤的晶体元件采用整体更换新晶体的方法，极大地增加了研制成本。而对于一些损伤层不深的晶体元件进行整个表面的再加工处理，这样的做法不仅需要花费大量时间，而且会减小元件的厚度尺寸，影响了整个晶体元件的光学性能。现阶段最可行的方法是采用微修复处理方法，即当光学元件发生初始损伤时，将该光学元件拆换下来，随后进行微加工修复处理，然后再重新安装回设备中，以进行后续的高能量激光打靶。经过修复处理后的微缺陷轮廓相对光滑，而且修复轮廓面积与整个光学晶体元件透光面积相比是可以忽略不计的，因而对晶体元件的光学性能影响不大，但却能够显著延缓微缺陷尺寸的增长，大幅度的提高晶体元件的使用性能与使用寿命。通过前期试验研究发现，微机械加工方法对修复轮廓有很好的控制效果，该方法是目前最有前景的一种修复方法。

截至目前为止，国内已基本实现了晶体表面单个微缺陷的有效修复，但对于全口径的晶体表面微缺陷修复装置还没有问世。为了对大口径晶体实现快速修复，因而急需一种大口径晶体元件的二维大行程联动装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种大口径光学元件表面微缺陷修复用二维大行程联动装置，该装置在大型高精度隔振平台上可实现大范围的二维联动，用以辅助晶体表面微缺陷的快速探测、精确定位、循环扫描等后续修复工作，节约成本，提高大口径晶体表面微缺陷的修整效率。

对于大口径晶体来说，其全口径表面有若干微缺陷点需要及时进行修复。因此大口径晶体（430mm×430mm）表面微缺陷在修复过程中，需首先对整个大口径晶体表面进行微缺陷的快速探测，然后对探测出的每个微缺陷点进行分析，最后执行微缺陷的修复工作。

本发明为实现上述目的，采取的技术方案是：

大口径光学元件表面微缺陷修复用二维大行程联动装置，它包括气浮框架、X轴直线单元、步进电机、X轴导轨连接板、Y轴导轨托盘、Y轴直线单元、Y轴导轨连接板及两组柔性铰链；所述X轴直线单元固定在精密平台上表面，所述X轴导轨连接板固定在X轴直线单元的运动部件上；步进电机驱动X轴直线单元的运动部件做直线运动，所述Y轴导轨连接板固定在Y轴直线单元的运动部件上；Y轴直线单元固定在Y轴导轨托盘中，Y轴导轨托盘一端面与X轴导轨连接板的一侧面定位并连接，Y轴导轨托盘另一端为气浮端，Y轴直线单元的运动轴线与X轴直线单元的运动轴线在X、Y平面的投影垂直；所述气浮框架设置在精密平台上表面，且气浮框架的一侧面通过两组柔性铰链与Y轴导轨连接板的一侧面连接，气浮框架的X向对称面与Y轴直线单元的运动轴线垂直。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

（1）本发明由于具有高精度的直线单元，能够保证大行程下的精确定位，因而适合全口径光学元件表面进行完全检测，其全行程运动范围为450mm×550mm，完全可实现大口径晶体430mm×430mm的全口径表面微缺陷探测。

（2）本发明采用了柔性铰链连接与真空预载荷气浮垫支承方式，能够很好地保证光学元件表面与精密平台的平行度，气浮垫最大可承载60kg重量，完全能满足二维大行程联动装置的承载要求。

（3）本发明采用多轴控制器（多轴控制器为两个直线单元自带的）对两个联动轴进行闭环运动控制，具有很高的定位精度，其闭环定位精度可控制在±3μm范围内。

（4）本发明在Y轴另一端采用真空预载荷气浮支撑方式，其气浮高度为6μm-10μm，有效控制了Y轴与X轴联接过程中的悬伸变形，严格保证了Y轴精密移动时与高精度花岗岩平台的平行度。

综上，该装置在大型高精度隔振平台上可实现大口径晶体元件的大范围二维联动，用以辅助晶体表面微缺陷的快速探测、循环扫描等后续修复工作，节约成本，以提升光学元件表面微缺陷的检测效率与自动化水平，提高大口径晶体表面微缺陷的修整效率，它是大口径晶体元件表面微缺陷微铣削修复机床的重要组成部分。

附图说明