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申请/专利权人：中国科学院光电技术研究所

摘要：本发明提供一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法，用于先进光学制造领域的非接触抛光中的抛光间隙调控与抛光力测量。该装置包括：主轴、抛光工具、光学元件、夹具、连接板、力传感器、载物台。该方法在未抛光状态时，依靠力传感器判断抛光工具与光学元件之间的接触状态并定位到初始间隙；在抛光状态时，根据力传感器测量的抛光力调控抛光工具与光学元件之间的间隙稳定。本发明为先进光学制造非接触抛光领域提供一种抛光间隙精确测量与调控的方法，有助于在抛光过程中维持抛光效果稳定，获得超光滑的光学表面。

主权项：1.一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：该装置包括主轴（1）、抛光工具（2）、光学元件（3）、夹具（4）、连接板（5）、力传感器（6）、载物台（7），其中，所述主轴（1）与抛光工具（2）相连，通过控制主轴使抛光工具转动以及抛光工具在竖直方向的移动；所述光学元件（3）通过夹具（4）安装在连接板（5）上，连接板（5）与力传感器（6）固定连接并安装在载物台（7）上，通过控制载物台可以实现光学元件在水平方向的移动；抛光工具（2）的形状是球形、椭球形、球冠型、圆柱形任意旋转对称形状，材料是聚氨酯、橡胶、硅胶任何柔性材料或聚四氟乙烯任何耐磨损材料，抛光工具（2）或是各种形状的喷嘴；光学元件（3）与连接板（5）的安装方式是通过夹具（4），或者通过蜡粘接或采用真空吸盘任何可以固定光学元件的方式；光学元件（3）是平面、球面、自由曲面任何形状的光学元件；放置力传感器（6）的数量是一个或多个，力传感器放置的位置是光学元件下方的任何位置，力传感器是单轴力传感器、多轴力传感器或剪切力传感器测量不同方向力的力传感器，力传感器或是依靠应变片的各类力传感器、依靠压电效应的各类力传感器任何种类的力传感器，当多个力传感器进行组合时，抛光力在不同方向的分力可通过力的分解与合成得到；载物台（7）用于承载光学元件（3）和力传感器（6），载物台（7）是二轴水平位移平台，三轴位移平台或具有多个自由度的位移台；主轴（1）、抛光工具（2）、光学元件（3）、夹具（4）、连接板（5）、力传感器（6）、载物台（7）整体置于抛光槽中，或将其中一部分置于抛光槽中，抛光槽中可以装满任何种类的抛光液或水，抛光工具（2）是喷嘴的形式将抛光液喷射至光学元件表面；利用所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，非接触抛光中间隙调控与抛光力测量方法，分为两部分：首先在非抛光状态，通过控制主轴（1）上下移动使得抛光工具（2）逐渐靠近光学元件（3），直至力传感器（6）出现示数，此时抛光工具（2）刚好接触光学元件（3）；当抛光工具（2）选择柔性材料或者接触力极小时，抛光工具（2）和光学元件（3）表面的接触过程不会对光学元件（3）造成任何损伤；之后在抛光状态时，使抛光工具（2）在距离光学元件（3）表面某一高度处以一定的速度旋转，由于液体的存在会导致抛光工具（2）和光学元件（3）之间存在流体动压力、剪切力，根据测量的抛光力的种类选择合适的力传感器，根据抛光力的示数调节抛光工具（2）和光学元件（3）之间的间隙，其中抛光力通过理论仿真计算叠加实验标定获得；当抛光工具（2）为喷嘴时，从喷嘴高速喷出的流体同样会对光学元件（3）表面产生一定的压力和剪切力，这与喷嘴与光学元件（3）的距离和喷射角度相关，同样根据抛光力的示数调节抛光工具（2）和光学元件（3）之间的间隙；测量与调控方法可以手动，也可编写相应程序内置于机床控制系统中，实现测量与调控的自动化；具体步骤如下：步骤a：选取合适种类、量程、精度的力传感器（6），调节主轴（1）和载物台（7）使抛光工具（2）和光学元件（3）位于合适的初始相对位置；步骤b：控制主轴（1）移动使抛光工具（2）逐渐靠近光学元件（3），直至力传感器（6）出现示数，此时抛光工具（2）刚好接触光学元件（3），根据机床示数记录此时抛光工具所在的坐标为A；步骤c：在非接触抛光时，使抛光工具（2）相对光学元件（3）在竖直方向抬起一定的距离，即将抛光工具移动到坐标为B的位置处，以达到初始抛光间隙；步骤d：控制主轴使抛光工具旋转，力传感器会测量此时的抛光力为；当由于机床运动过程中的定位误差或环境温度发生变化时，抛光力的示数会变化为，之后根据理论仿真计算叠加实验标定获得的抛光力参考值寻找抛光力的示数为时的抛光间隙，在竖直方向上移动抛光工具至坐标为C的位置处，使抛光力的示数保持恒定；当调控方式为手动时，人为调节抛光工具的坐标，维持间隙恒定，也可根据实验需求完成间隙实时变化的自定义抛光过程；当调控方式为自动时，上述过程由机床控制软件完成，该过程自动化有利于长时间稳定的大面积确定性抛光；用于测量与调控非接触抛光时抛光工具和光学元件之间的间隙以及抛光力。

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