[發明專利]一種氣壓連續可調雙自由度輪式氣囊拋光裝置

無效

• 申請號: 201310418928.7
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103465131A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 程灝波;董志超;劉楊;蘇景詩;吳恒宇;楊昊;譚漢元
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣囊拋光裝置，尤其是涉及一種氣壓連續可調雙自由度輪式氣囊拋光裝置，屬于超精密光學表面加工領域。

技術背景

隨著先進光學制造與檢測技術的不斷發展，以非球面為關鍵元件的精密光學系統在高分辨率成像、天文觀測、空間光學系統以及諸多軍事領域獲得了廣泛的應用。在光學系統設計中使用非球面光學元件，不僅可以增加光學設計的自由度，而且能夠有效地矯正像差、改善像質、擴大視場、增大作用距離，并能減少光學元件的數量，從而簡化光學系統結構、降低成本、有效減小空間光學系統的有效載荷。然而，高精度、高質量的非球面加工技術一直是制約非球面進一步廣泛應用的瓶頸。非球面數量和質量上不斷增長的需求對現有的加工方法提出了更高的要求，從而促進了新型結構形式的加工工具和工藝方法的研究。

為了實施高精度光學元件的計算機數控研磨拋光，上世紀70年代初期，美國Itek公司的W.J.Rupp提出了計算機控制光學表面成形技術（Computer?Controlled?Optical?Surfacing,CCOS）。從工作原理上講，該技術根據定量的面形檢測數據，按照預先設定的加工路徑和去除函數，通過相應的駐留時間的計算，生成加工文件；之后，根據該加工文件，由計算機控制一個小工具頭，按照駐留時間改變小工具頭的橫向移動速度，實現對光學零件進行確定性的研磨或拋光，最終達到面形精度的快速收斂。該技術充分發揮了計算機執行速度快、記憶準確、精度高等優勢，使加工的重復精度及效率得到了大幅度的提高。

然而，由硬質的拋光模構成的拋光頭在拋光非球面時遇到了很大的困難，這主要是因為非球面各點的曲率半徑不一致造成的。常見的的瀝青拋光模，由于其本身的粘彈性的特點，能夠產生一定的流動性，但是其變形速度太慢，不能適應高速拋光過程中非球面曲率的變化速度，因此，在各點產生的去除函數各不相同，去除函數的穩定性大大降低，不利于面形精度的快速收斂。

柔性拋光工具頭的出現對開展非球面的超精密表面加工的研究提供了新的思路；由于拋光介質的特點，這種工具頭可以瞬間適應非球面的曲率變化，適合非球面的加工。典型的柔性拋光工具頭有磁流變拋光、電流變拋光、磁射流拋光等；其中美國QED公司開發的磁流變拋光裝置在非球面的拋光中獲得了很大的成功，但是設備結構復雜，工藝參數較多。電流變、磁射流目前適用于小口徑光學元件的加工，在大中型元件的加工中，效率較低，并且容易產生中高頻誤差。另外，英國的Zeeko公司開發的進動式氣囊工具頭，在非球面的加工中也得到了很好的應用，運用獨特的運動方式，得到了類高斯狀的去除函數。但是其拋光模的線速度較小，去除率相對不高，并且在漏邊的情況下容易發生非常嚴重的塌邊現象。

發明內容

本發明針對傳統的小工具頭拋光裝置在非球面的加工中，壓力分布不均、與光學元件表面貼合不穩定，以及進動式氣囊拋光工具的線速度較小等問題，提出了一種氣壓連續可調雙自由度輪式氣囊拋光裝置，通過采用柔性的拋光氣囊以及公自轉的傳動結構，避免了數控小工具光學表面加工中由于壓力分布不均、與元件表面貼合不穩定的現象；通過輪式的氣囊結構，增大了接觸區域的線速度，提高了加工效率，是一種結構精巧、集成化程度高、穩定性好的精密光學表面高速加工裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明是屬于超精密光學表面加工領域的一種氣壓連續可調雙自由度輪式氣囊拋光裝置，包括支架、轉接板、自轉電機、公轉電機、自轉電機座、公轉電機座、自轉電機皮帶輪、公轉電機皮帶輪、自轉驅動軸、自轉驅動軸上/下齒輪、自轉驅動軸上/下氣動旋轉接頭、公轉驅動套筒、公轉驅動套筒齒輪、自轉驅動桿上/下軸承、公轉驅動套筒軸承、傘齒輪、第一/二自轉傳遞桿、第一/二自轉傳遞桿軸承、第一/二自轉傳遞桿齒輪、自轉軸齒輪、自轉軸左/右軸承、自轉軸氣動旋轉接頭、拋光輪、拋光輪擋板、氣囊、公轉箱體、公轉箱體左/右側護板、公轉箱體左/右下護板。

所述的自轉運動由自轉電機產生，經過各級齒輪和皮帶的傳動，最終帶動氣囊繞自轉軸旋轉。

所述的公轉運動由公轉電機產生，帶動公轉驅動套筒旋轉，公轉驅動套筒帶動拋光輪做公轉運動。

所述的輪式氣囊在光學元件表面做公自轉運動，產生旋轉對稱的類高斯狀去除函數。

所述的拋光工具為輪胎狀的氣囊，輪式氣囊固定在拋光輪上，通過定量調節氣囊的壓縮量和氣壓來改變施加在拋光區域上的壓力以及接觸區域的大小。