一种宏微复合恒压抛光装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宏微复合恒压抛光装置及方法，该方法包括以下步骤：利用杠杆结构、杠杆两端的配重以及杠杆的力臂变化调节抛光压力大小；抛光设备对旋转对称非球面模仁表面进行抛光加工时，利用左右移动轴和旋转摆动轴控制抛光位置，利用空间上的升降伺服轴控制模仁抛光点在空间上竖直方向上的位置不变，结合杠杆原理从宏观上保证抛光压力的稳定；抛光头上安装有压力传感器和电磁力装置，根据抛光压力变化控制电磁力装置从微观上调整补偿抛光压力的变化，闭环控制保证抛光过程的恒压。本发明专利技术通过宏微复合的方法控制抛光压力的恒定，具有更高的控制精度。

A macro micro compound constant pressure polishing device and method

【技术实现步骤摘要】
一种宏微复合恒压抛光装置及方法
本专利技术涉及光学抛光
，尤其涉及一种宏微复合恒压抛光装置及方法。
技术介绍
随着光电子技术的发展，非球面透镜越来越多的应用在光学系统中，改善传统球面透镜光学系统中存在的像差大，视场小，光学系统体积大的弊病。常用的非球面透镜制造技术有两种，冷加工和热压成型。冷加工技术包括了对镜片毛胚的磨削和抛光，这种技术生产效率低，常用于天文和军工领域的大口径的光学透镜制造。热压成型技术利用高精密模具，通过加热透镜毛坯，并在玻璃透镜处于在高弹态时，施加一定压力，通过一定时间的保压和降温最后成型可以直接使用的完成件透镜。模压成型技术生产效率高，适用于民用透镜如车载镜头、安防镜头和手机镜头的大批量生产。但是模压成型技术需要用到精密模具，模具表面的面型精度和表面粗糙度直接决定了模压生产中非球面透镜的质量。常用的模具加工方法为磨削和抛光。先利用高精度磨床对模具毛坯进行磨削，再通过抛光设备对磨削加工导致的模仁表面粗糙度大、面型精度不合要求以及产生表面亚损伤等问题进行修复。抛光的精度直接决定了模仁表面的精度。常用的非球面抛光方法有气囊抛光、小磨头抛光、磁流变抛光、离子束抛光等。其中气囊抛光和小磨头抛由于其抛光头形状较小，常用在中小口径的非球面抛光领域。气囊抛光和小磨头抛光方法以Preston经验公式作为指导理论，通过控制抛光压力、抛光接触点速度、抛光驻留时间等参数实现确定性材料去除。在实际应用中，抛光点速度和抛光驻留时间易于控制，但是抛光的压力控制误差较大。在气囊抛光和小磨头抛光中，常常控制抛光压力和抛光速度恒定，通过改变抛光驻留时间来控制抛光去除量。实际生产应用中，抛光速度容易通过抛光工具的几何参数来控制，但抛光压力的控制较为复杂。抛光压力的控制方法可以分为两类型，刚性力控制和柔顺力控制。刚性力控制是通过抛光设备各驱动轴和位移耦合在一起，通过抛光接触模型中的参数如弹簧阻尼、刚性、弹性模量来计算运动轴的抛光位移。刚性力控制较为复杂。柔顺力控制是单独控制抛光压力，抛光压力不涉及抛光设备各驱动轴的运动位移。气囊抛光为柔顺力控制抛光压力，通过控制气囊的压力来控制抛光压力，但这对气囊的制作要求较高，并且限制了气囊的尺寸。小磨头抛光可以进行刚性控制和柔顺力控制，在小磨头上包裹一层聚氨酯抛光垫，通过聚氨酯的弹性模量来计算抛光压力和抛光设备各轴的位移，但这种控制方法是会由于聚氨酯抛光垫弹性模量的差异使得抛光压力产生差异。为了消除这种差异，在小磨头上包裹一层抛光绒布或者聚氨酯时，单独通过力传感器检测抛光压力的大小，再来控制抛光压力。但控制压力范围大，控制精度不高。现有专利技术中，公开号为CN107336126A的中国专利技术专利提出了一种抛光设备的抛光压力控制方法、装置和抛光设备。通过局部抛光压力调整来调整抛光压力对平面晶圆进行抛光。但这种方法只适用于平面抛光。公开号为CN108188864A的中国专利技术专利提出了一种非球面光学元件自动化抛光系统及方法，通过杠杆结构和电动缸来控制抛光压力。但是由于缺少压力检测传感器，且杠杆结构存在摩擦力，容易因缺乏闭环控制使得末端控制压力失真。公开号为JP2011020241A的日本专利技术专利提出了一种研磨加工方法，通过反复的抛光和误差检测来使得模具表面逐渐收敛。但其缺少压力控制，使得反复抛光耗时长。公开号为CN110253383A的中国专利提出了一种非球面光学元件的恒压抛光装置及其恒压抛光方法，利用抛光升降轴和杠杆机构来控制抛光压力相对不变。但其缺少压力检测装置，未能补偿压力的微小变化。公开号为CN109434683A提出了一种抛光机床及其恒压抛光装置，通过比例伺服阀来调节抛光压力。但是气压控制延时长，补正算法复杂且其压力传感器检测的是气压，没有直接检测抛光压力，存在换算误差。公开号为JP2013027963A提出了一种研磨抛光方法和装置，通过压力传感器检测的抛光压力来调整竖直方向升降轴位从而保证抛光恒压。但是这种方法压力控制范围大，容易产生超调使得抛光压力过大。公开号为CN104772661A的中国专利技术专利全频段高精度非球面光学元件的加工方法，同过迭代加工来使得抛光面型逐渐收敛，但是抛光迭代时间长。现有的专利抛光技术由于各种因素误差，包括抛光压力、抛光速度、抛光驻留时间以及设备的精度，导致抛光加工面型误差收敛时间长，需要经过多次叠加抛光才能逐渐收敛。其中恒压抛光还难以控制在较小的误差范围内，导致抛光去除模型与理论计算误差过大，从而最终导致实际抛光效果与理论抛光效果存在误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术在于，提供一种宏微复合恒压抛光装置及方法，其可以提供一种恒压抛光方法，使得抛光压力恒定，使得理论去除量与实际去除量贴近，避免抛光过程中出现中频误差。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种宏微复合恒压抛光装置及方法，其特征在于，包括抛光位置控制方法、杠杆机构组件调节抛光压力、竖直方向上升降伺服轴宏观上保证抛光压力相对稳定、压力传感器和电磁装置闭环组件补偿压力变化。所述的抛光位置方法，其特征在于，根据非球面系数确定面型轮廓，利用左右移动轴和摆动轴使得抛光头对非球面表面的压力方向与非球面表面抛光点的法向方向重合。所述杠杆机构组件调节抛光压力，其特征在于，利用杠杆原理，杠杆的右边的力臂和力不变时，杠杆左边的力臂和力也不变，从而控制杠杆右边的抛光压力不变，所述竖直方向上升降伺服轴和杠杆机构调节抛光压力组件，其特征在于，所述杠杆机构调节抛光压力组件需要结合所述竖直方向上升降伺服轴来保证抛光压力的相对稳定。所述的压力传感器和电磁装置闭环组件补偿压力变化，其特征在于，压力传感器实时检测抛光压力，将抛光压力转化微电压信号输送给控制系统，控制系统根据压力变化控制磁力装置产生磁力来补偿压力变化，从而控制抛光压力恒定。实施本专利技术，具有如下有益效果：1.利用杠杆结构和杠杆两端的自重以及杠杆的力臂变化调节抛光压力大小；2.抛光设备对旋转对称非球面模仁表面进行抛光加工时，利用左右移动轴和旋转摆动轴控制抛光位置；3.利用空间上的升降伺服轴控制模仁抛光点在空间上竖直方向上的位置不变，结合杠杆原理从宏观上保证抛光压力的稳定；4.抛光头上安装有压力传感器和电磁力装置，根据抛光压力变化控制电磁力装置从微观上调整补偿抛光压力的变化，闭环控制保证抛光过程的恒压；5.本专利技术通过宏微复合的方法控制抛光压力的恒定，具有更高的抛光精度。附图说明图1是本专利技术一种宏微复合恒压抛光装置及方法的原理示意图；图2是图1的受力分析示意图；图3是图1的抛光位置变动示意图；图4是图1的抛光位置控制示意图；图中标号：1、调节砝码；2、施力杠杆；3、传力杠杆；4、气浮导块；5、压力传感器；6、模仁；7、永磁跌；8、磁力装置；9、左右移动台；10、上下升降台；11、上下丝杠；12、压力控制器；13、抛光头；14、气浮导轨；15、左右丝杠；16、旋转轴。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宏微复合恒压抛光装置，其特征在于，包括调节砝码、施力杠杆、传力杠杆、气浮导块、压力传感器、模仁、永磁跌、磁力装置、左右移动台、上下升降台、上下丝杠、压力控制器、抛光头、气浮导轨、左右丝杠、旋转轴，调节砝码与施力杠杆相连接，施力杠杆与传力杠杆相连接，传力杠杆与气浮导块相连接，气浮导块与压力传感器相连接，压力传感器与抛光头相连接，左右移动台与上下升降台相连接，左右移动台与旋转轴，旋转轴与模仁相连接，模仁与抛光头相接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种宏微复合恒压抛光装置，其特征在于，包括调节砝码、施力杠杆、传力杠杆、气浮导块、压力传感器、模仁、永磁跌、磁力装置、左右移动台、上下升降台、上下丝杠、压力控制器、抛光头、气浮导轨、左右丝杠、旋转轴，调节砝码与施力杠杆相连接，施力杠杆与传力杠杆相连接，传力杠杆与气浮导块相连接，气浮导块与压力传感器相连接，压力传感器与抛光头相连接，左右移动台与上下升降台相连接，左右移动台与旋转轴，旋转轴与模仁相连接，模仁与抛光头相接触。


2.如权利要求1所述的宏微复合恒压抛光装置，其特征在于，所述气浮导轨与气浮导块相连接，压力传感器与压力控制器相连接，压力控制器与磁力装置相连接。


3.如权利要求1所述的宏微复合恒压抛光装置，其特征在于，所述左右丝杠与左右移动台相连接，上下丝杠与上下升降台相连接。


4.一种宏微复合恒压抛光方法，其特征在于，步骤如下：
S1：抛光头和模仁进行自转，所述旋转轴进行摆动，所述左右移动台沿着左右丝杠左右移动，所述上下升降台沿着上下丝杠上下移动，所述压力控制器根据压力传感器传回的信号动态的控制磁力装置的磁力。
S2：所述调节砝码受到竖直向下的重力，通过施力杠杆的作用，把力传递给传力杠杆，传力杠杆又施力于气浮导...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱相优，张嘉荣，邓建南，卓少木，
申请(专利权)人：广州精点科技有限公司，广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44