一种工件侧进式双真空室离子束加工系统的制作方法

本发明涉及真空环境离子束加工技术领域，尤其涉及一种工件侧进式双真空室离子加工系统。

背景技术：

目前，离子束修形加工设备常采用单真空室设计或双真空室设计。对于单真空室离子束加工设备，每次装卸工件都需要使真空室破真空，然后再重新抽真空，这增加了加工时间，降低了加工效率。双真空室离子束加工系统包括主真空室和副真空室，通过主真空室加工工件，通过副真空室装卸工件，整个加工过程只需要对副真空室破空，而不必对主真空室破空，因此，减少了主真空室重新抽真空的时间，大大提高了加工效率。而且，双真空室系统由于主真空室一直保持真空，对处于其中的离子源等部件得到了更好的真空保护，也更有利于后续的加工工艺。因此，双真空室离子束加工系统的优点不言而喻。

目前，双真空室离子束加工系统主要有两种方案。一种是工件倒挂式方案，工件需要倒挂在离子源上方，这无疑增加了工件装卸的操作难度，特别是对于大尺寸工件，倒挂式操作很困难，挂钩也容易破坏工件镜面。另一种是工件立式方案，如申请号CN201811261305.2的发明公开的一种双真空室离子束修形加工系统。工件立式放置，工件镜面位于侧面，这样的工件放置方式克服了工件倒挂式放置方式的缺点，大大降低了工件的装卸操作难度，也有利于更好的保护工件镜面。同时，工件立式放置也便于和水平光路的检测装置对接。可见，工件立式方案优于倒挂式方案。

然而，工件立式方案中，工件镜面要正面通过位于两个真空室之间的插板阀，因此插板阀的尺寸要大于工件镜面尺寸，插板阀的尺寸与工件镜面尺寸成正比，如果要加工大尺寸工件，所需的插板阀会很大，而大尺寸插板阀的价格很昂贵。

技术实现要素：

本发明提供了一种工件侧进式双真空室离子加工系统，以至少解决现有技术中的插板阀尺寸过大的问题。该加工系统尤其适用大尺寸工件的加工。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种工件侧进式双真空室离子束加工系统，包括通过插板阀可相互连通的主真空室和副真空室，所述主真空室中设有离子源，所述副真空室中设有带动工件运动的工件运动机构，所述副真空室位于所述主真空室的侧向，且所述插板阀所在平面M与所述离子源的照射方向基本平行，待加工的工件在所述工件运动机构上设定的抛光面N与所述离子源的照射方向基本垂直，且所述工件运动机构的运动方向与所述离子源的照射方向基本垂直。工件侧向通过插板阀，插板阀的宽度由工件的厚度决定，由于工件的厚度较小，因此所需的插板阀较小，可减小插板阀尺寸，优化整机结构。同时，所需的副真空室较小，可以减小副真空室的尺寸。此外，插板阀尺寸小，质量较轻，操作更容易。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述工件运动机构的传动机构为丝杆传动机构、推杆传动机构或者摩擦传动机构。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述工件运动机构包括设在副真空室中的副真空室导轨、设在主真空室中的主真空室导轨、可沿副真空室导轨和主真空室导轨移动的溜板以及用于驱动溜板移动的驱动装置，所述溜板通过传动机构与驱动装置相连，所述主真空室导轨设在副真空室导轨延伸的方向上，所述待加工的工件通过夹具安装在溜板上。在驱动装置的驱动下，溜板带动工件在主真空室、插板阀和副真空室之间移动，溜板架设在副真空室导轨和主真空室导轨上，为溜板的运动提供导向，以保持工件移动的连续性和平稳性。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述传动机构包括多个摩擦轴，所述摩擦轴设置在所述副真空室导轨和主真空室导轨上，所述摩擦轴沿导轨延伸方向布置且与导轨垂直，所述摩擦轴与所述驱动装置相连，所述溜板的底部与摩擦轴接触，所述溜板的长度大于任意相邻两个摩擦轴的间距。溜板的宽度和工件的厚度相应，因此溜板的宽度较小，使用摩擦轴带动溜板运动，运动机构结构简单，而且运动可靠。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述摩擦轴等间距布置，所述溜板的长度大于两倍摩擦轴间距。溜板与至少两条摩擦轴接触，溜板可以获得更多的动力，移动速度更快，而且工件移动的连续性和平稳性更好。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述驱动装置设有多个，且多个驱动装置间隔布设在主真空室和副真空室同一侧的侧壁上，该侧壁与插板阀所在平面M相垂直，且所述副真空室导轨和主真空室导轨尽量靠近前述侧壁。副真空室导轨和主真空室导轨与驱动装置距离短，使得摩擦轴长度较短，传动可靠。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述驱动装置为旋转电机，所述驱动装置设置在腔室外，所述摩擦轴通过设置在室壁上的磁流体密封传动体与所述驱动装置相连。电机置于真空室外，这样就可以采用普通电机代替真空电机，降低成本。装卸电机，操作更容易。电机移出真空腔室，为腔室腾出更多的空间。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述插板阀在主真空室室壁上的安装占用宽度J与所述副真空室的宽度K基本相当，且前述宽度大小主要由工件的厚度大小决定。工件的厚度较小，因而插板阀在主真空室室壁上的安装占用宽度与副真空室的宽度较小，可减小插板阀和副真空室的尺寸。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述插板阀在主真空室室壁上的安装占用宽度J仅覆盖主真空室室壁的部分区域；该主真空室室壁上未被插板阀占用的区域设有视窗；用于启闭所述插板阀的头部则伸向与视窗相反的外侧区域。插板阀的宽度较小，不必占用整个主真空室侧壁的区域，在主真空室室壁上未被插板阀占用的区域设置视窗，该视窗设于插板阀旁，通过该视窗观察主真空室，能获得较好的视野，可更为清楚的掌握工件的加工情况，以提高加工的精度和效率。

优选的，上述的工件侧进式双真空室离子束加工系统，所述主真空室中设有用于带动离子源运动的离子源运动机构，所述离子源运动机构包括直线运动系统和转动系统，所述直线运动系统包括可在水平面作直线运动的Z向运动单元和X向运动单元以及可沿竖直方向运动的Y向运动单元，所述Z向运动单元的运动方向与工件运动机构的运动方向垂直，所述X向运动单元的运动方向与工件运动机构的运动方向平行，所述转动系统包括可绕Y向转动的A向运动单元和可绕Z向转动的B向运动单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的工件侧进式双真空室离子束加工系统，工件立式放置，工件镜面在侧面，工件操作方便、安全。

(2)本发明的工件侧进式双真空室离子束加工系统，工件侧向通过插板阀，插板阀的宽度由工件的厚度确定，不取决于工件的宽度，由于工件的厚度较小，因此所需插板阀较小，可减小插板阀尺寸，优化整机结构。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统的外形结构示意图(正面)。

图2是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统的外形结构示意图(背面)。

图3是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统内部结构示意图(移除了主真空室门和副真空室门)。

图4是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统内部结构俯视图(E为工件运动方向，F为离子源照射方向)。

图5是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统内部结构示意图(移除了主真空室、副真空室和插板阀)。

图6是本发明优选实施例的工件侧进式双真空室离子束加工系统的离子源运动机构示意图。

图例说明：

1、主真空室；2、副真空室；3、插板阀；4、离子源；5、离子源运动机构；51、Z向运动单元；52、X向运动单元；53、Y向运动单元；54、A向运动单元；55、B向运动单元；6、工件运动机构；61、副真空室导轨；62、主真空室导轨；63、溜板；64、摩擦轴；65、磁流体密封传动体；66、驱动装置；7、夹具；8、工件；9、视窗；10、侧壁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图6，本实施例的工件侧进式双室离子束加工系统，包括主真空室1、副真空室2和连接它们的插板阀3。主真空室1中设有离子源4以及用于带动离子源4运动的离子源运动机构5。副真空室2中设置有设有可装卸工件8的夹具7，以及带动工件8和夹具7一起运动的工件运动机构6。工件8立式放置，侧面正对插板阀3。副真空室2位于主真空室1的侧向，且插板阀3所在平面M与离子源4的照射方向基本平行，待加工的工件8在工件运动机构6上设定的抛光面N与离子源4的照射方向基本垂直，且工件运动机构6的运动方向与离子源4的照射方向基本垂直。由于位于副真空室2中的工件8侧向穿过插板阀3进出主真空室1。插板阀3的宽度取决于工件8的厚度，工件8的厚度较小，因此插板阀3的尺寸较小。

本实施例中，为了跨越插板阀3实现工件8在副真空室2和主真空室1之间的传送，工件运动机构6在副真空室2中设置有一对副真空室导轨61，在主真空室1中也设置了一对主真空室导轨62，搭载工件8的夹具7安装在溜板63上，溜板63可沿副真空室导轨61、主真空室导轨62移动，当插板阀3打开时，溜板63可通过插板阀3处的间隙在副真空室导轨61和主真空室导轨62之间移动，以实现工件8由副真空室2进出主真空室1。

本实施例中，为了给溜板63的移动提供动力，使用的驱动装置66为旋转电机作为驱动力来源，旋转电机设有多个，且多个旋转电机间隔布设在主真空室1和副真空室2同一侧的侧壁10上，该侧壁10与插板阀3所在平面M相垂直，且副真空室导轨61和主真空室导轨62尽量靠近侧壁10，旋转电机置于真空室外面，通过设置在真空壁上的磁流体密封传动体65带动真空室内的摩擦轴64旋转。摩擦轴64的旋转将带动位于其上，与其接触的溜板63沿副真空室导轨61或主真空室导轨62移动。为了保证溜板63能在副真空室2和主真空室1之间运动，在副真空室导轨61和主真空室导轨62上设置多个摩擦轴64，摩擦轴64沿导轨延伸方向布置且与导轨垂直。摩擦轴64等间距布置，所述溜板63的长度大于两倍摩擦轴64间距。本实施例中，每个摩擦轴64都配置了一个旋转电机。在其它实施例中可只使用1个或2个旋转电机，通过皮带轮传动或其它传动方式同时驱动多个摩擦轴64旋转。

本实施例中，插板阀3在主真空室1室壁上的安装占用宽度J与所述副真空室2的宽度K基本相当，且前述宽度大小主要由工件8的厚度大小决定。

本实施例中，插板阀3在主真空室1室壁上的安装占用宽度J仅覆盖主真空室1室壁的部分区域；该主真空室1室壁上未被插板阀3占用的区域设有视窗9；用于启闭所述插板阀3的头部则伸向与视窗9相反的外侧区域。

本实施例中，离子源运动机构5包括带动离子源4运动的3个直线运动轴X、Y和Z，还包括2个转动单元A和B。具体如图6所示，Z向运动单元51和X向运动单元52在水平面运动，Z向运动单元51的运动方向与工件运动机构6的运动方向垂直，X向运动单元52的运动方向与工件运动机构6的运动方向平行，Y向运动单元53沿竖直方向运动；A向运动单元54绕X向转动，B向运动单元55绕Y向转动。Z向运动单元51位于最下面，由下往上依次是X向运动单元52、B向运动单元55、Y向运动单元53、和A向运动单元54。在离子束加工时，通过该5个运动自由度的离子源运动机构5，带动离子源4运动，使得离子源4发射出的离子束以固定的靶距垂直入射工件8镜面，以实现高精度的加工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。