本發(fā)明屬于數(shù)控化學(xué)拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光學(xué)元件加工的數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕組合噴嘴。

背景技術(shù)：

高功率激光系統(tǒng)對(duì)光學(xué)元件表面加工質(zhì)量要求很高，光學(xué)元件表面的瑕疵，加工殘余誤差和亞表面損傷都會(huì)對(duì)元件的損傷閾值產(chǎn)生明顯的影響。當(dāng)激光入射到光學(xué)元件上尖銳的突起或凹坑邊緣時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的散射，從而損傷元件。如果散射發(fā)生在光學(xué)元件的表面破壞層或亞表面損傷層時(shí)，由于表面破壞層和亞表面損傷層的強(qiáng)度較低，更易造成破壞，損傷元件。因而對(duì)光學(xué)元件的高頻誤差以及表面破壞層和亞表面損傷層的去除很有必要性。

相比磁射流拋光和磁流變等拋光方式，數(shù)控化學(xué)拋光技術(shù)借鑒了小工具數(shù)控拋光的基本工藝思想，采用濕法化學(xué)刻蝕的機(jī)理，工藝參數(shù)可控性強(qiáng)。由于使用腐蝕液對(duì)基片進(jìn)行柔性加工，因此加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生附加的機(jī)械接觸應(yīng)力及摩擦熱應(yīng)力，也不會(huì)形成亞表面缺陷。數(shù)控化學(xué)拋光技術(shù)的基礎(chǔ)是marangoni界面效應(yīng)，其基本思想就是采用可揮發(fā)的乙醇類蒸汽噴射光學(xué)元件表面，乙醇揮發(fā)形成的的溫度梯度(即marangoni表面張力梯度)迅速將使液膜表面產(chǎn)生收縮，從而達(dá)到干燥表面的目的，避免了加熱干燥或離心旋轉(zhuǎn)方法去除液膜時(shí)容易在光學(xué)表面上形成污染的缺點(diǎn)。但現(xiàn)有化學(xué)刻蝕噴嘴通常為圓形單噴嘴結(jié)構(gòu)，刻蝕加工范圍有限，且加工效率較低。如對(duì)尺寸為330×330(mm)ccp(連續(xù)位相板)元件進(jìn)行化學(xué)刻蝕加工，總用時(shí)達(dá)480小時(shí)之多，加工效率極低。而又由于數(shù)控化學(xué)拋光技術(shù)屬于微射流加工技術(shù)，不能通過(guò)增加射流壓強(qiáng)來(lái)提高加工效率。此外，加工過(guò)程中存在刻蝕頭對(duì)準(zhǔn)偏差等問(wèn)題引起加工不均勻，增加整片元件的波紋度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光學(xué)元件加工的數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕組合噴嘴，在保證拋光質(zhì)量的同時(shí)提高對(duì)光學(xué)元件的高頻誤差、表面破壞層和亞表面損傷層去除的加工效率和加工的穩(wěn)定均勻性。

針對(duì)上述方法目的，本發(fā)明提供的用于光學(xué)元件加工的數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕組合噴嘴包括外噴嘴筒、內(nèi)噴嘴筒和位于內(nèi)噴嘴筒內(nèi)用于噴出化學(xué)刻蝕液的噴口組件，所述外噴嘴筒和內(nèi)噴嘴筒均由直圓筒段和異形錐筒段構(gòu)成，外噴嘴筒通過(guò)作為其筒底的環(huán)形板與內(nèi)噴嘴筒聯(lián)接，外噴嘴筒的直圓筒段設(shè)計(jì)有乙醇蒸汽進(jìn)口，外噴嘴筒內(nèi)壁面和內(nèi)噴嘴筒的外壁面形成用于乙醇蒸汽噴出的環(huán)形噴腔，環(huán)形噴腔的出口形狀與噴口組件的端頭形狀相匹配；所述噴口組件由成一排設(shè)置的多個(gè)噴口和與噴口相通的進(jìn)液室構(gòu)成，進(jìn)液室設(shè)計(jì)有化學(xué)刻蝕液進(jìn)口，噴口組件通過(guò)進(jìn)液室設(shè)置在內(nèi)噴嘴筒的筒底上，噴口組件的噴口端面高于環(huán)形噴腔的出口端面；內(nèi)噴嘴筒的內(nèi)壁面與噴口組件之間的空間為加工后的化學(xué)刻蝕液回收室，回收室的底部設(shè)計(jì)有排液口。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，外噴嘴筒錐筒段的錐角最好大于內(nèi)噴嘴筒錐筒段的錐角，以保證乙醇蒸汽有效發(fā)揮作用。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述噴口組件優(yōu)先設(shè)計(jì)為2～5個(gè)化學(xué)刻蝕液噴口，噴口組件的端頭形狀為長(zhǎng)方形。用于乙醇蒸汽噴出的環(huán)形噴腔，其出口形狀最好與噴口組件的端口形狀相一致。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述噴口組件的噴口內(nèi)徑優(yōu)選為5～10mm。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，噴口組件中相鄰兩個(gè)噴口中心之間的間距最好為噴口內(nèi)徑的1.8～2.2倍，各噴口的中心距內(nèi)噴嘴筒出口端壁面的垂直距離為噴口內(nèi)徑的0.8～1.2倍。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，內(nèi)噴嘴筒外壁面與外噴嘴筒內(nèi)壁面之間形成的環(huán)形噴腔出口寬度最好為噴口組件噴口內(nèi)徑的0.4～0.6倍。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，沿外噴嘴筒直圓筒段壁面周向最好對(duì)稱分布設(shè)置4個(gè)乙醇蒸汽進(jìn)口。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，內(nèi)噴嘴筒的筒底上最好設(shè)置4個(gè)均勻?qū)ΨQ分布的排液口。

在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，噴口組件的噴口端面最好高于環(huán)形噴腔的出口端面1～2mm。

本發(fā)明所述用于光學(xué)元件加工的數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕組合噴嘴由模具鑄造后再經(jīng)機(jī)床精加工而成。本發(fā)明所述組合噴嘴應(yīng)用于本領(lǐng)域常規(guī)數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕中，先將所述組合噴嘴安裝在三維控制機(jī)床上，與刻蝕液(加工用酸液，如氫氟酸刻蝕液)和乙醇蒸汽供給系統(tǒng)連接，再將待加工基片安裝在待加工基片支架上，并位于組合噴嘴噴口的正上方，(即采用倒噴模式)，化學(xué)刻蝕液經(jīng)噴嘴由下往上噴出，均勻分布在位于噴嘴上方的光學(xué)元件上，通過(guò)數(shù)控機(jī)床的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)元件的定時(shí)定量的拋光。酸蝕過(guò)程中產(chǎn)生的加工廢液落入內(nèi)噴嘴筒中回收，避免了新的污染源的產(chǎn)生。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下十分有益的技術(shù)效果：

1.本發(fā)明所述組合噴嘴由成一排設(shè)置的多個(gè)噴口和與噴口相通的進(jìn)液室構(gòu)成，多個(gè)噴口同時(shí)噴出化學(xué)刻蝕液對(duì)元件表面進(jìn)行酸蝕加工，從而提高拋光效率。

2.本發(fā)明所述組合噴嘴采用倒噴模式安裝使用，化學(xué)刻蝕液經(jīng)噴嘴由下往上噴出，均勻分布在位于噴嘴上方的光學(xué)元件上，且酸蝕過(guò)程中產(chǎn)生的絡(luò)合物沉淀可隨刻蝕液一起進(jìn)入回收室，避免了新的污染源的產(chǎn)生。

3.本發(fā)明所述組合噴嘴的多個(gè)噴口呈直線型排列，通過(guò)控制各噴口的流量使刻蝕加工函數(shù)近似為高斯函數(shù)，不僅對(duì)光學(xué)元件表面的拋光均勻，加工效率更明顯提高。

4.本發(fā)明所述組合噴嘴的多個(gè)噴口組間距相等，相比現(xiàn)有圓形單噴嘴，加工時(shí)機(jī)床的擾動(dòng)對(duì)加工路徑的擾動(dòng)較小，提高加工的均勻性。

5.本發(fā)明所述噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述組合噴嘴的主視圖；

圖2為本發(fā)明所述組合噴嘴的俯視圖；

圖3為本發(fā)明所述組合噴嘴的仰視圖；

圖4為本發(fā)明所述組合噴嘴的側(cè)視圖；

圖5為圖2的a-a剖視圖；

圖6為圖2的b-b剖視圖。

圖中，1—外噴嘴筒，2—內(nèi)噴嘴筒，3—噴口，4—進(jìn)液室，5—刻蝕液進(jìn)口，6—排液口，7—乙醇蒸汽進(jìn)口。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述用于巖石損傷測(cè)試的可調(diào)式聲發(fā)射測(cè)試傳感器定位裝置作進(jìn)一步說(shuō)明，需要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式不限于實(shí)施例所描述的形式。

實(shí)施例1

本實(shí)施例用于光學(xué)元件加工的數(shù)控濕法化學(xué)刻蝕組合噴嘴，其結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，包括外噴嘴筒1、內(nèi)噴嘴筒2和位于內(nèi)噴嘴筒內(nèi)用于噴出化學(xué)刻蝕液的噴口組件，所述外噴嘴筒和內(nèi)噴嘴筒均由直圓筒段和異形錐筒段構(gòu)成，外噴嘴筒通過(guò)作為其筒底的環(huán)形板與內(nèi)噴嘴筒聯(lián)接，外噴嘴筒錐筒段的錐角大于內(nèi)噴嘴筒錐筒段的錐角。沿外噴嘴筒直圓筒段壁面周向?qū)ΨQ分布有4個(gè)乙醇蒸汽進(jìn)口7，外噴嘴筒內(nèi)壁面和內(nèi)噴嘴筒的外壁面形成用于乙醇蒸汽噴出的環(huán)形噴腔，環(huán)形噴腔的出口為長(zhǎng)方形出口，出口形狀與噴口組件的端口形狀相一致。所述噴口組件由成一排設(shè)置的3個(gè)噴口3和與噴口相通的進(jìn)液室4構(gòu)成，進(jìn)液室設(shè)計(jì)有化學(xué)刻蝕液進(jìn)口5，噴口組件通過(guò)進(jìn)液室設(shè)置在內(nèi)噴嘴筒的筒底上，噴口組件的噴口端面高于環(huán)形噴腔的出口端面2mm；內(nèi)噴嘴筒的內(nèi)壁面與噴口組件之間的空間為加工后的化學(xué)刻蝕液回收室，回收室的底部(內(nèi)噴嘴筒的筒底)設(shè)置有4個(gè)均勻?qū)ΨQ分布的排液口6。

組合噴嘴的尺寸如下：

單個(gè)噴口的內(nèi)徑d為5mm，噴口壁厚為0.5mm。

相鄰兩個(gè)噴口中心之間的間距為2d。

各噴口的中心距離內(nèi)噴嘴筒出口端壁面的垂直距離為d。

內(nèi)噴嘴筒外壁面與外噴嘴筒內(nèi)壁面之間形成的環(huán)形噴腔出口寬度1/2d。