[發明專利]一種底面驅動預應力加工支撐系統

在審

• 申請號: 201910131904.0
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109822423A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 漢語;范斌;萬勇建;劉海濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: B24B13/005
• 分類號: B24B13/005;B24B13/00;B24B49/16;B24B55/00;B24B49/00
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本發明公開了一種底面驅動預應力加工支撐系統，屬于先進光學制造領域，適用于大口徑彎月型離軸非球面反射鏡的精密加工，該系統由面形檢測裝置、待加工反射鏡、力促動器、定位支撐、柔性側支撐、計算機和基座構成。受到軸向剛度限制，目前常用的邊緣驅動預應力加工裝置無法在球面研磨、拋光過程中保持預設的變形，從而無法實現預定的材料去除，嚴重影響了預應力加工技術的加工精度。本發明公開的預應力加工支撐系統采用底面驅動的結構形式，在完成預設變形后，將支撐裝置在軸向進行鎖緊，能夠有效保證支撐裝置的軸向剛度和預設變形的穩定性，提高預應力加工技術的加工精度。

技術領域

本發明屬于先進光學制造領域，涉及一種光學加工支撐系統，特別是大口徑彎月型離軸非球面反射鏡精密加工中的預應力加工支撐系統。

背景技術

預應力加工技術是美國加州大學Nelson在二十世紀八十年代提出的一種大口徑離軸非球面反射鏡加工技術，該技術利用光學玻璃的線彈性，通過施加載荷使鏡面產生相對與起始球面的預定變形，然后進行傳統的球面加工，釋放載荷后即可獲得所需的離軸非球面。預應力加工技術將磨制對象由非球面轉化為球面，可以使用大口徑磨盤進行加工，因此加工效率得到了極大提升。

預應力加工支撐裝置一般采用邊緣驅動的結構形式。桿臂與二個力促動器通過杠桿連接，并通過殷鋼塊與鏡子側面固定連接。調整力促動器的輸出，在鏡子側面產生預定的剪力和彎矩，使鏡子發生變形。鏡子底部采用多點柔性被動支撐。邊緣驅動預應力加工支撐機構的軸向剛度較低，在傳統球面加工過程中，鏡面在磨盤壓力的作用下，無法保持預定的變形，并且隨著磨盤在鏡面上位置的變化，由于磨盤壓力所產生的變形也將隨之發生改變，從而導致加工過程中無法實現預定的材料去除，大幅降低了預應力加工技術的加工精度。

為了能夠克服現有預應力加工支撐裝置所存在的問題，提高加工精度，有必要對預應力加工支撐裝置進行創新性設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對目前預應力加工支撐裝置所存在的問題，提供一種底面驅動預應力加工支撐裝置，以提高預應力加工技術所能獲得的加工精度。

為了實現上述目的，本發明提供了一種底面驅動預應力加工支撐系統，該系統包含有面形檢測裝置、待加工反射鏡、多個力促動器、定位支撐、多個柔性側支撐、計算機和基座，其中：

面形檢測裝置位于待加工反射鏡上方，用于檢測待加工反射鏡的面形，獲取待加工反射鏡的面形數據；

力促動器包括力分解器、力傳感器、鎖緊機構、彈簧組件、步進電機和步進電機驅動器等；力促動器分布在待加工反射鏡底部，上端與待加工反射鏡固定連接，下端與基座固定連接，用于向待加工反射鏡施加沿被加工反射鏡光軸方向(以下簡稱軸向)的載荷，使鏡面產生預定變形；步進電機帶動彈簧組件做運動，產生沿光軸方向的推力或拉力，經過力傳感器和力分解器傳遞到待加工反射鏡底面；鎖緊機構位于彈簧組件和力傳感器之間，在鏡面變形階段不起作用，在球面加工階段對力促動器進行軸向鎖緊，用以提高支撐剛度；力分解器具有除軸向外的五個自由度，用于消除由于鏡面變形所產生的耦合力；

定位支撐是鏡面變形、球面加工以及鏡面回彈的基準，位于待加工反射鏡底面中心處，與待加工反射鏡同軸。定位支撐頂端與待加工反射鏡底面固定連接，底端與基座采用軸套連接；

柔性側支撐均布在待加工反射鏡邊緣，軸向剛度較小，通過變形消減鏡面變形所產生的約束反力，徑向剛度較大，用于限制待加工反射鏡的扭轉；

計算機分別與面形檢測裝置、力傳感器、步進電機驅動器相連，接收帶有面形檢測數據的數字面形信號和監測到支撐力的數字力傳感信號，輸出控制步進電機驅動器的脈沖信號；計算機根據面形檢測數據，分析計算各個力驅動所需的支撐力，在將支撐力轉化為脈沖信號輸入到步進電機驅動器。在鏡面變形過程中，力傳感器實時將監測到的支撐力信號傳遞回計算機與步進電機控制信號形成力閉環，保證輸出力的準確性；鏡面變形精度由面形檢測裝置進行檢測。