用于非球面光學元件拋光的數控擺機構的制作方法

本發明涉及光學加工，特別是一種用于非球面光學元件拋光的數控擺機構。

背景技術：

在專利《一種大口徑光學元件的數控拋光機械手》(專利公開號CN 101386146 B)中，介紹了一種數控擺動式拋光機械。該機械X軸為擺動軸，Y軸為伸縮軸，均為伺服電機控制，假設要使拋光頭按設定的軌跡運行，則伺服電機很可能不做勻速圓周運動，而是做復雜的變速運動，做復雜變速運動的電機不可能有高的轉速，這意味著拋光頭的移動速度受限，同時由于使用了主動驅動的拋光頭，這類拋光頭由于質量較大，使移動速度進一步受限，那么該機床拋光頭轉動，整體以較低的速度運動，據此，該發明與傳統的數控拋光方式(CCOS)無異，加工的工件容易存在刀紋，在一些場合不適用；若調整偏心軸在擺盤上的位置，減小偏心距，使得X軸驅動電機可以整周勻速轉動，雖然X軸移動速度可以得到一定提高，但仍受質量較大的拋光頭的限制，不能很高，另一方面，此時拋光軌跡單一，不能滿足元件加工的需要。

綜上所述，該發明運動不夠靈活，與傳統數控拋光方式(CCOS)無異，不能取代傳統修帶方式，且不能達到所述的積極效果。

使用小工具修帶需要的力并不大，傳統數控拋光方式(CCOS)，采用笨重的機床加工，靈活性差，加工質量差，很多情況下依然需要手修，但手修非球面光學元件存在勞動強度大、面形難以精確控制的缺點，所以非球面光學加工中迫切需要一種可以取代手修的拋光設備。

技術實現要素：

本發明的目的是為解決上述問題而提供一種用于旋轉對稱非球面光學元件拋光的數控擺機構，該數控擺機構可以取代傳統手修非球面的過程。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于非球面光學元件拋光的數控擺機構，其特點在于，包括機架、主軸電機、電控曲柄、電控連桿、搖桿、擺臂、配重塊、十字萬向節、拋光盤、控制器和電滑環，所述的電控曲柄包括曲柄架、曲柄電機、曲柄絲桿、曲柄導軌和曲柄滑臺，所述的電控連桿包括連桿架、連桿電機、連桿絲桿、連桿導軌和連桿滑臺；

所述的電控曲柄的曲柄架、曲柄電機、曲柄絲桿、曲柄導軌和曲柄滑臺組成直線導軌滑臺模塊，所述的曲柄架上固設有豎直轉軸，所述的曲柄滑臺上固設有豎直轉軸，所述的曲柄架的豎直轉軸通過軸承安裝在所述的機架上，所述的曲柄滑臺的移動方向垂直于所述的曲柄架的豎直轉軸方向，所述的主軸電機固定在所述的機架上，所述的主軸電機的軸線方向為豎直方向，所述的主軸電機的轉子輸出端通過聯軸器連接到所述的曲柄架的豎直轉軸上，所述的電控連桿的連桿架、連桿電機、連桿絲桿、連桿導軌和連桿滑臺組成直線導軌滑臺模塊，所述的連桿架的一端通過軸承安裝在所述的曲柄滑臺的豎直轉軸上，所述的連桿滑臺上固設有豎直轉軸，所述的連桿滑臺的豎直轉軸通過軸承連接在所述的搖桿的后端，所述的搖桿的前端固設有豎直轉軸，所述的搖桿的豎直轉軸通過軸承連接在所述的機架上，所述的擺臂的后端在垂直于擺臂長度方向設有水平轉軸，所述的擺臂的水平轉軸通過軸承連接在所述的搖桿上，所述的擺臂向后設有延伸桿，所述的擺臂的延伸桿上固設有所述的配重塊，所述的十字萬向節的一端的輸出桿向上固設在所述的擺臂的前端，所述的十字萬向節的另一端下方固設有所述的拋光盤，所述的電滑環套在所述的曲柄架的豎直軸上，所述的控制器的控制端通過導線連接到所述的主軸電機、所述的搖桿電機和所述的電滑環的輸入端上，所述的電滑環的輸出端通過導線連接在所述的曲柄電機的輸入端上。

所述的機架包括底座、調整架和拉桿組三部分，所述的底座上設有水平板，所述的調整架上設有水平底板，所述的拉桿組包括4～8個拉桿，所述的4～8個拉桿的一端通過螺栓固定所述的水平底板的前后兩側，所述的4～8個拉桿的另一端通過螺栓固定在所述的水平底板的前后兩側。

所述的拉桿組的各個單元開有長條形通孔，長條方向為沿著拉桿的長度方向。

所述的機架包括底座和調整架兩部分，所述的底座上設有豎直固定板，所述的調整架上設有豎直安裝板，所述的豎直安裝板通過螺栓固定在所述的豎直固定板上。

所述的用于非球面光學元件拋光的數控擺機構，其特征是所述的主軸電機是交流減速電機或直流減速電機。

所述的曲柄電機是步進電機或伺服電機。

所述的搖桿電機是步進電機或伺服電機。

所述的十字萬向節的兩根軸線相交，且交點與連接所述的拋光盤的位置的距離小于2厘米。

所述的控制器包括可編程兩軸運動控制器和交流電機調速控制器或直流電機調速控制器。

本發明的工作原理描述為：

將所述的機架上的底座固定相對與拋光工件的正確位置上，松開所述的機架上固定所述的拉桿的螺栓或松開固定所述的機架上的固定板和安裝板的螺栓，調整所述的機架的調整架相對于工件至合適的角度。所述的機架、電控曲柄、電控連桿和搖桿組成了曲柄和連桿長度可調的曲柄搖桿機構，所述的電控曲柄在所述的主軸電機的驅動下轉動，所述的電控曲柄轉動通過所述的電控連桿帶動所述的搖桿擺動，所述的搖桿帶動所述的拋光盤在工件上擺動，所述的控制器通過控制所述的主軸電機控制所述的拋光盤的擺速，通過控制所述的曲柄電機控制所述的拋光盤擺幅，通過控制所述的連桿電機控制所述的拋光盤的擺動位置，從而完成非球面光學元件的研磨或拋光。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

傳統的手修旋轉對稱非球面光學元件的過程中，手只要在光學元件的半徑方向上運動就足夠，運動控制參數主要包括擺速、擺幅和擺動位置，使拋光盤與工件良好接觸主要依靠手對拋光盤的控制，合理的控制應該使拋光頭可以二維角度浮動。本發明中，所述的控制器通過控制所述的主軸電機控制所述的拋光盤的擺速，通過控制所述的曲柄電機控制所述的拋光盤擺幅，通過控制所述的連桿電機控制所述的拋光盤的擺動位置，通過所述的十字萬向節使所述的拋光盤可以二維浮動，所以本發明可以模擬手修的過程。

與手修非球面方式相比，該發明可以提高加工效率與加工精度。與其他機械拋光方式相比，該發明具有拋光頭驅動部分輕巧、移動速度快的優點，這些優點可以幫助減少工件面形的中頻誤差。

附圖說明

圖1為本發明用于非球面光學元件拋光的數控擺的結構示意圖；

圖2為本發明中機架上一種連接底座和調整架的拉桿形狀；

圖3為本發明結構簡圖；

圖4為一種非球面面形；

圖5為本發明中拋光盤的一種運動軌跡；

圖中，1-機架，2-主軸電機，3-電控曲柄，3-1-曲柄架，3-2-曲柄電機，3-3-曲柄絲桿，3-4-曲柄導軌，3-5-曲柄滑臺，4-電控連桿，4-1-連桿架，4-2-連桿電機，4-3-連桿絲桿，4-4-連桿導軌，4-5-連桿滑臺，5-搖桿，6-擺臂，7-配重塊，8-十字萬向節，9-拋光盤，10-控制器，11-電滑環，12-工件。

具體實施方式

現結合實施例對本發明作進一步說明。

參看圖1，圖1為本發明用于非球面光學元件拋光的數控擺結構示意圖，包括機架1、主軸電機2、電控曲柄3、電控連桿4、搖桿5、擺臂6、配重塊7、十字萬向節8、拋光盤9、控制器10和電滑環11，所述的電控曲柄3包括曲柄架3-1、曲柄電機3-2、曲柄絲桿3-3、曲柄導軌3-4和曲柄滑臺3-5，所述的電控連桿4包括連桿架4-1、連桿電機4-2、連桿絲桿4-3、連桿導軌4-4和連桿滑臺4-5；

所述的電控曲柄3的曲柄架3-1、曲柄電機3-2、曲柄絲桿3-3、曲柄導軌3-4和曲柄滑臺3-5組成直線導軌滑臺模塊，所述的曲柄架3-1上固設有豎直轉軸，所述的曲柄滑臺3-5上固設有豎直轉軸，所述的曲柄架3-1的豎直轉軸通過軸承安裝在所述的機架1上，所述的曲柄滑臺3-5的移動方向垂直于所述的曲柄架3-1的豎直轉軸方向，所述的主軸電機2固定在所述的機架1上，所述的主軸電機2的軸線方向為豎直方向，所述的主軸電機2的轉子輸出端通過聯軸器連接到所述的曲柄架3-1的豎直轉軸上，所述的電控連桿4的連桿架4-1、連桿電機4-2、連桿絲桿4-3、連桿導軌4-4和連桿滑臺4-5組成直線導軌滑臺模塊，所述的連桿架4-1的一端通過軸承安裝在所述的曲柄滑臺3-5的豎直轉軸上，所述的連桿滑臺4-5上固設有豎直轉軸，所述的連桿滑臺4-5的豎直轉軸通過軸承連接在所述的搖桿5的后端，所述的搖桿5的前端固設有豎直轉軸，所述的搖桿5的豎直轉軸通過軸承連接在所述的機架1上，所述的擺臂6的后端在垂直于擺臂長度方向設有水平轉軸，所述的擺臂6的水平轉軸通過軸承連接在所述的搖桿5上，所述的擺臂6向后設有延伸桿，所述的擺臂6的延伸桿上固設有所述的配重塊7，所述的十字萬向節8的一端的輸出桿向上固設在所述的擺臂6的前端，所述的十字萬向節8的另一端下方固設有所述的拋光盤9，所述的電滑環11套在所述的曲柄架3-1的豎直軸上，所述的控制器10的控制端通過導線連接到所述的主軸電機2、所述的搖桿電機4-2和所述的電滑環11的輸入端上，所述的電滑環11的輸出端通過導線連接在所述的曲柄電機3-2的輸入端上。

所述的用于非球面光學元件拋光的數控擺機構，其特征是所述的機架1包括底座、調整架和拉桿組三部分，所述的底座上設有水平板，所述的調整架上設有水平底板，所述的拉桿組包括4～8個拉桿，所述的4～8個拉桿的一端通過螺栓固定所述的水平底板的前后兩側，所述的4～8個拉桿的另一端通過螺栓固定在所述的水平底板的前后兩側；

所述的拉桿組的各個單元沿拉桿的長度方向開有長條形通孔，參看圖2，圖2為本發明中機架上一種連接底座和調整架的拉桿形狀；

所述的機架1包括底座和調整架兩部分，所述的底座上設有豎直固定板，所述的調整架上設有豎直安裝板，所述的豎直安裝板通過螺栓固定在所述的豎直固定板上；

所述的主軸電機2是交流減速電機或直流減速電機；

所述的曲柄電機3-2是步進電機或伺服電機；

所述的搖桿電機4-2是步進電機或伺服電機；

所述的十字萬向節8的兩根軸線相交，且交點與連接所述的拋光盤9的位置的距離小于2厘米；

所述的控制器10包括可編程兩軸運動控制器和交流電機調速控制器或直流電機調速控制器。

現結合圖3描述本發明的工作過程，圖3是本發明的結構簡圖，曲柄3做整周轉動，從而帶動搖桿5往復擺動，搖桿5通過擺臂6帶動拋光盤9擺動作為拋光運動，根據簡圖可知，曲柄3的轉速可以控制拋光盤9的擺速，曲柄3的長度可以控制拋光盤9的擺幅，連桿4的長度可以控制拋光盤9的擺動位置，設置合理的拋光盤9的擺速、擺幅和擺動位置便可以完成任意旋轉對稱非球面的研磨或拋光。

舉例說明一種實際加工情況。參見圖4，圖4為一種非球面面形，陰影部分為應從擬合球面修去的部分，最大去除量在0.7帶位置，中心和邊緣去除量為零。參見圖5，圖5為本發明中拋光盤的一種運動軌跡，用于加工圖4所示類型的非球面，由圖5可見，拋光盤在工件中心和邊緣停留時間很短，在0.7帶停留時間最長，去除量和停留時間有關，以此將擬合球面修成所需的非球面面形。