光学元件表面抛光用轮式加工工具及表面抛光方法技术

本发明专利技术涉及光学元件表面抛光用轮式加工工具及表面抛光方法，目的是解决现有加工工具结构复杂、使用复杂、可靠性及稳定性低的技术问题。本发明专利技术所提供的光学元件表面抛光用轮式加工工具，包括基座、力控装置、盘式电机和抛光组件；力控装置包括气缸、气缸活塞和活塞杆，气缸壁设置供气接口和传感器接口，活塞杆设置多维力传感器；抛光组件包括抛光轮支架和抛光轮，抛光轮包括外转子电机、电机固定轴、抛光轮毂以及电机控制线缆，电机固定轴安装在抛光轮支架上，外转子电机套装在电机固定轴上，抛光轮毂套装在外转子电机上，抛光轮毂外周面包覆抛光垫；盘式电机固连活塞杆和抛光轮支架，基座连接气缸顶部。本发明专利技术同时提供光学元件表面抛光方法。抛光方法。抛光方法。

【技术实现步骤摘要】
光学元件表面抛光用轮式加工工具及表面抛光方法


[0001]本专利技术涉及一种光学元件表面抛光工具，具体涉及一种光学元件表面抛光用轮式加工工具及表面抛光方法。

技术介绍

[0002]目前，大口径非球面光学元件、离轴自由曲面光学元件广泛应用于航空航天、智能光学系统、新型能源开发等领域。例如天基、地基天文望远镜，通常为了提高其观测视野及分辨率，普遍采用大口径离轴非球面光学元件。与传统的标准球面和平面光学元件相比非球面光学元件系统成像性能更高，而且通过设计合理的非球面光学元件可消除传统球面光学元件表面由于加工误差而造成的像差，扩大光学元件的视场，应用非球面光学元件设计的光学系统可以减少光学零件数量与封装尺寸，降低光学系统设备的重量，更能提高光学系统的灵活性。通常该类光学元件采用硅酸盐光学玻璃、碳化硅等硬脆性陶瓷材料加工而成。在光学元件表面加工研究方面，通常大口径光学元件的加工制造，由毛坯经过粗加工、热处理、磨削、研磨、粗抛、精抛、表面改性等一系列加工技术共同完成，最终达到满足需求的光学元件表面。然而，目前已有光学元件加工工具和加工技术通常采用专用化的超精密加工设备，因而仍旧缺乏适用于基础加工装备的通用化、机床附件化的精密抛光工具。
[0003]轮式抛光工具通过抛光轮的旋转与加工表面摩擦作用去除光学元件表面材料，轮式工具具有材料去除率稳定、磨损低等优点而被应用于光学元件表面抛光加工，但是已有的轮式加工工具采用齿轮传动或者带传动，或者齿轮和带传动两者复合结构的传动方式，其主要特点是通过外部电机经由齿轮或者带轮传动系统驱动轮式工具的旋转(自转)和抛光轮支架的旋转(公转)，这样的工具结构往往需要将传动装置偏置安转于抛光轮的一侧，这样的结构往往造成整个工具系统的重力及传动力矩分配不平衡，同时也增大工具系统的转动惯量，在抛光轮高速自转和公转运动方式下很容易造成抛光工具系统的不稳定，同时抛光轮的压力波动也会影响抛光精度。
[0004]因此，需要一种结构布置合理、在高速抛光过程中保持稳定、适用基础加工装备的抛光工具，应用于大口径非球面光学元件表面精密抛光。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决在对大口径光学元件表面精密抛光时，现有的抛光工具传动结构复杂、传动结构偏置造成重力分配不平衡、不能适用基本加工装备、抛光力不稳定等技术问题，提出一种光学元件表面抛光用轮式加工工具及表面抛光方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下。
[0007]一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特殊之处在于：
[0008]包括基座、用于恒力输出的力控装置、盘式电机和抛光组件；所述力控装置、盘式电机、抛光组件同轴设置；
[0009]所述力控装置包括气缸、气缸活塞和一端与气缸活塞连接的活塞杆，气缸外壁设
置有供气接口和传感器接口，气缸活塞套装在气缸内，活塞杆上设置有多维力传感器，多维力传感器的输出端用于与外部控制设备电连接；
[0010]所述抛光组件包括同轴设置在盘式电机下端的抛光轮支架和抛光轮，抛光轮包括外转子电机、电机固定轴、抛光轮毂以及电机控制线缆，电机固定轴安装在抛光轮支架上，外转子电机套装在电机固定轴上，抛光轮毂套装在外转子电机上，抛光轮毂外周面包覆有轮式抛光垫，电机控制线缆的一端与电机固定轴电连接，另一端用于与外部控制设备电连接；
[0011]所述盘式电机固连在活塞杆的另一端，盘式电机的输出端固连抛光轮支架，所述基座设置在气缸顶部，用于连接外部加工设备。
[0012]进一步地，所述气缸活塞将气缸分为上、下两个气室，上气室设置上供气接口，下气室设置下供气接口，使得力控装置施加载荷更稳定。
[0013]进一步地，所述抛光轮设置在抛光轮支架的轴线上，且抛光轮支架的轴线和抛光轮的轴线垂直，中心对称式的结构设计，降低了加工时的转动惯量，提高了稳定性。
[0014]进一步地，所述抛光轮毂外周面的径向截面为弧形，使得加工过程中的材料去除轮廓为高斯型，形成光学加工领域理想的高斯型去除函数轮廓。
[0015]进一步地，所述基座为法兰基座，用于装配在数控机床或多自由度工业机器人上，应用场景广阔。
[0016]进一步地，所述轮式抛光垫采用多孔聚氨酯抛光片、阻尼布、海绵抛光片和合成纤维制成的抛光片中的任一种。
[0017]进一步地，所述力控装置施加在抛光轮上的载荷范围是0～50N。
[0018]进一步地，所述抛光轮的转速范围是1～1000rpm。
[0019]同时，基于上述一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，本专利技术还提供了一种光学元件表面抛光方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0020]S1，将基座安装于数控机床或者多自由度工业机器人上，并固定光学元件；
[0021]S2，通过供气接口向气缸活塞下部供气，使得气缸活塞上移，克服重力保持平衡；
[0022]S3，通过供气接口向气缸活塞上部供气，使得气缸活塞在气压差下保持恒力；
[0023]S4，在数控机床或多自由度机器人的控制下将轮式抛光垫与需要加工的光学元件表面接触；
[0024]S5，利用多维力传感器检测活塞杆的轴向压力，然后外部供气通过供气接口调节气缸内上、下气室的压力差，使得多维力传感器输出恒压力，进而实现轮式抛光垫与光学元件表面恒力接触；
[0025]S6，开启盘式电机和外转子电机，在数控机床或者多自由度机器人的而控制下，使抛光轮均匀加工整个光学元件表面，加工的同时向轮式抛光垫与光学元件接触的区域喷射抛光液，直至完成光学元件表面抛光。
[0026]进一步地，步骤S6中，所述抛光轮均匀加工整个光学元件表面的加工过程中利用力控装置、盘式电机和抛光轮的配合，实现轮式抛光垫加工轨迹的控制，可以实现多种加工轨迹。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]1、本专利技术提供的一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，具有独特的力控装置，
能够平稳地控制载荷输出，保持抛光过程中轮式抛光垫与光学元件表面恒力接触，提高抛光精度。
[0029]2、本专利技术提供的一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，采用中心对称式的结构设计，将力控装置、盘式电机、抛光轮支架和抛光轮垂直设置在同一轴线上，简化了工具的整体结构，同时降低了加工时的转动惯量，提高了稳定性。
[0030]3、本专利技术提供的一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，采用法兰基座，可以安装于数控机床、多自由度机器人等加工设备上，应用场景广阔。
[0031]4、本专利技术提供的一种光学元件表面抛光方法，在加工过程中，利用力控装置、盘式电机和抛光轮相互配合，可以实现不同位置姿态控制下的抛光加工轨迹。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一种光学元件表面抛光用轮式加工工具实施例的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术一种光学元件表面抛光用轮式加工工具实施例中力控装置的内部结构示意图；
[0034]图3为本专利技术一种光学元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特征在于：包括基座(1)、用于恒力输出的力控装置(2)、盘式电机(3)和抛光组件；所述力控装置(2)、盘式电机(3)、抛光组件同轴设置；所述力控装置(2)包括气缸、气缸活塞(203)和一端与气缸活塞(203)连接的活塞杆(204)，气缸外壁设置有供气接口和传感器接口(201)，气缸活塞(203)套装在气缸内，活塞杆(204)上设置有多维力传感器(205)，多维力传感器(205)的输出端用于与外部控制设备电连接；所述抛光组件包括同轴设置在盘式电机(3)下端的抛光轮支架(4)和抛光轮(5)，抛光轮(5)包括外转子电机(501)、电机固定轴(502)、抛光轮毂(503)以及电机控制线缆(504)，电机固定轴(502)安装在抛光轮支架(4)上，外转子电机(501)套装在电机固定轴(502)上，抛光轮毂(503)套装在外转子电机(501)上，抛光轮毂(503)外周面包覆有轮式抛光垫(6)，电机控制线缆(504)的一端与电机固定轴(502)电连接，另一端用于与外部控制设备电连接；所述盘式电机(3)固连在活塞杆(204)的另一端，盘式电机(3)的输出端固连抛光轮支架(4)，所述基座(1)设置在气缸顶部，用于连接外部加工设备。2.根据权利要求书1所述一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特征在于：所述气缸活塞(203)将气缸分为上、下两个气室，上气室设置上供气接口(2021)，下气室设置下供气接口(2022)。3.根据权利要求书2所述一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特征在于：所述抛光轮(5)设置在抛光轮支架(4)的轴线上，且抛光轮支架(4)的轴线和抛光轮(5)的轴线垂直。4.根据权利要求书1或3所述一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特征在于：所述抛光轮毂(503)外周面的径向截面为弧形。5.根据权利要求书4所述一种光学元件表面抛光用轮式加工工具，其特征在于：所述基座(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜向敏，姚永胜，丁蛟腾，王永杰，李奇炘，马臻，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：