用于非球面光学元件抛光的数控摆机构制造技术

一种用于非球面光学元件抛光的数控摆机构，主要包括机架、主轴电机、电控曲柄、电控连杆、摇杆、摆臂、配重块、十字万向节、抛光盘、控制器和电滑环，其中电控曲柄和电控连杆长度可通过控制器控制，从而控制非球面修带抛光盘的摆幅和摆动位置。本发明专利技术可取代非球面光学元件抛光时手工修带的过程，提高了加工效率，且克服了手工修带轨迹控制不精确、抛光压力分布不均匀的缺点，提高了加工精度。

Digital pendulum mechanism for polishing aspheric optical elements

A pendulum mechanism for NC Polishing of aspheric optical elements, including rack, spindle motor, electric control, control rod, rocker crank, swing arm, counterweight, cardan joint, polishing disk, controller and electric slip ring, wherein the electric control crank and connecting rod length can be controlled through the controller, so as to control the swing and the swing position of non spherical trimming polishing. The invention can replace the manual polishing of aspheric optical elements with the repair process, improve the processing efficiency, and overcomes the manual trimming trajectory is not accurate and the polishing pressure distribution is not uniform, improve processing accuracy.

【技术实现步骤摘要】
用于非球面光学元件抛光的数控摆机构
本专利技术涉及光学加工，特别是一种用于非球面光学元件抛光的数控摆机构。
技术介绍
在专利《一种大口径光学元件的数控抛光机械手》(专利公开号CN101386146B)中，介绍了一种数控摆动式抛光机械。该机械X轴为摆动轴，Y轴为伸缩轴，均为伺服电机控制，假设要使抛光头按设定的轨迹运行，则伺服电机很可能不做匀速圆周运动，而是做复杂的变速运动，做复杂变速运动的电机不可能有高的转速，这意味着抛光头的移动速度受限，同时由于使用了主动驱动的抛光头，这类抛光头由于质量较大，使移动速度进一步受限，那么该机床抛光头转动，整体以较低的速度运动，据此，该专利技术与传统的数控抛光方式(CCOS)无异，加工的工件容易存在刀纹，在一些场合不适用；若调整偏心轴在摆盘上的位置，减小偏心距，使得X轴驱动电机可以整周匀速转动，虽然X轴移动速度可以得到一定提高，但仍受质量较大的抛光头的限制，不能很高，另一方面，此时抛光轨迹单一，不能满足元件加工的需要。综上所述，该专利技术运动不够灵活，与传统数控抛光方式(CCOS)无异，不能取代传统修带方式，且不能达到所述的积极效果。使用小工具修带需要的力并不大，传统数控抛光方式(CCOS)，采用笨重的机床加工，灵活性差，加工质量差，很多情况下依然需要手修，但手修非球面光学元件存在劳动强度大、面形难以精确控制的缺点，所以非球面光学加工中迫切需要一种可以取代手修的抛光设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述问题而提供一种用于旋转对称非球面光学元件抛光的数控摆机构，该数控摆机构可以取代传统手修非球面的过程。本专利技术的技术解决方案如下：一种用于非球面光学元件抛光的数控摆机构，其特点在于，包括机架、主轴电机、电控曲柄、电控连杆、摇杆、摆臂、配重块、十字万向节、抛光盘、控制器和电滑环，所述的电控曲柄包括曲柄架、曲柄电机、曲柄丝杆、曲柄导轨和曲柄滑台，所述的电控连杆包括连杆架、连杆电机、连杆丝杆、连杆导轨和连杆滑台；所述的电控曲柄的曲柄架、曲柄电机、曲柄丝杆、曲柄导轨和曲柄滑台组成直线导轨滑台模块，所述的曲柄架上固设有竖直转轴，所述的曲柄滑台上固设有竖直转轴，所述的曲柄架的竖直转轴通过轴承安装在所述的机架上，所述的曲柄滑台的移动方向垂直于所述的曲柄架的竖直转轴方向，所述的主轴电机固定在所述的机架上，所述的主轴电机的轴线方向为竖直方向，所述的主轴电机的转子输出端通过联轴器连接到所述的曲柄架的竖直转轴上，所述的电控连杆的连杆架、连杆电机、连杆丝杆、连杆导轨和连杆滑台组成直线导轨滑台模块，所述的连杆架的一端通过轴承安装在所述的曲柄滑台的竖直转轴上，所述的连杆滑台上固设有竖直转轴，所述的连杆滑台的竖直转轴通过轴承连接在所述的摇杆的后端，所述的摇杆的前端固设有竖直转轴，所述的摇杆的竖直转轴通过轴承连接在所述的机架上，所述的摆臂的后端在垂直于摆臂长度方向设有水平转轴，所述的摆臂的水平转轴通过轴承连接在所述的摇杆上，所述的摆臂向后设有延伸杆，所述的摆臂的延伸杆上固设有所述的配重块，所述的十字万向节的一端的输出杆向上固设在所述的摆臂的前端，所述的十字万向节的另一端下方固设有所述的抛光盘，所述的电滑环套在所述的曲柄架的竖直轴上，所述的控制器的控制端通过导线连接到所述的主轴电机、所述的摇杆电机和所述的电滑环的输入端上，所述的电滑环的输出端通过导线连接在所述的曲柄电机的输入端上。所述的机架包括底座、调整架和拉杆组三部分，所述的底座上设有水平板，所述的调整架上设有水平底板，所述的拉杆组包括4～8个拉杆，所述的4～8个拉杆的一端通过螺栓固定所述的水平底板的前后两侧，所述的4～8个拉杆的另一端通过螺栓固定在所述的水平底板的前后两侧。所述的拉杆组的各个单元开有长条形通孔，长条方向为沿着拉杆的长度方向。所述的机架包括底座和调整架两部分，所述的底座上设有竖直固定板，所述的调整架上设有竖直安装板，所述的竖直安装板通过螺栓固定在所述的竖直固定板上。所述的用于非球面光学元件抛光的数控摆机构，其特征是所述的主轴电机是交流减速电机或直流减速电机。所述的曲柄电机是步进电机或伺服电机。所述的摇杆电机是步进电机或伺服电机。所述的十字万向节的两根轴线相交，且交点与连接所述的抛光盘的位置的距离小于2厘米。所述的控制器包括可编程两轴运动控制器和交流电机调速控制器或直流电机调速控制器。本专利技术的工作原理描述为：将所述的机架上的底座固定相对与抛光工件的正确位置上，松开所述的机架上固定所述的拉杆的螺栓或松开固定所述的机架上的固定板和安装板的螺栓，调整所述的机架的调整架相对于工件至合适的角度。所述的机架、电控曲柄、电控连杆和摇杆组成了曲柄和连杆长度可调的曲柄摇杆机构，所述的电控曲柄在所述的主轴电机的驱动下转动，所述的电控曲柄转动通过所述的电控连杆带动所述的摇杆摆动，所述的摇杆带动所述的抛光盘在工件上摆动，所述的控制器通过控制所述的主轴电机控制所述的抛光盘的摆速，通过控制所述的曲柄电机控制所述的抛光盘摆幅，通过控制所述的连杆电机控制所述的抛光盘的摆动位置，从而完成非球面光学元件的研磨或抛光。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：传统的手修旋转对称非球面光学元件的过程中，手只要在光学元件的半径方向上运动就足够，运动控制参数主要包括摆速、摆幅和摆动位置，使抛光盘与工件良好接触主要依靠手对抛光盘的控制，合理的控制应该使抛光头可以二维角度浮动。本专利技术中，所述的控制器通过控制所述的主轴电机控制所述的抛光盘的摆速，通过控制所述的曲柄电机控制所述的抛光盘摆幅，通过控制所述的连杆电机控制所述的抛光盘的摆动位置，通过所述的十字万向节使所述的抛光盘可以二维浮动，所以本专利技术可以模拟手修的过程。与手修非球面方式相比，该专利技术可以提高加工效率与加工精度。与其他机械抛光方式相比，该专利技术具有抛光头驱动部分轻巧、移动速度快的优点，这些优点可以帮助减少工件面形的中频误差。附图说明图1为本专利技术用于非球面光学元件抛光的数控摆的结构示意图；图2为本专利技术中机架上一种连接底座和调整架的拉杆形状；图3为本专利技术结构简图；图4为一种非球面面形；图5为本专利技术中抛光盘的一种运动轨迹；图中，1-机架，2-主轴电机，3-电控曲柄，3-1-曲柄架，3-2-曲柄电机，3-3-曲柄丝杆，3-4-曲柄导轨，3-5-曲柄滑台，4-电控连杆，4-1-连杆架，4-2-连杆电机，4-3-连杆丝杆，4-4-连杆导轨，4-5-连杆滑台，5-摇杆，6-摆臂，7-配重块，8-十字万向节，9-抛光盘，10-控制器，11-电滑环，12-工件。具体实施方式现结合实施例对本专利技术作进一步说明。参看图1，图1为本专利技术用于非球面光学元件抛光的数控摆结构示意图，包括机架1、主轴电机2、电控曲柄3、电控连杆4、摇杆5、摆臂6、配重块7、十字万向节8、抛光盘9、控制器10和电滑环11，所述的电控曲柄3包括曲柄架3-1、曲柄电机3-2、曲柄丝杆3-3、曲柄导轨3-4和曲柄滑台3-5，所述的电控连杆4包括连杆架4-1、连杆电机4-2、连杆丝杆4-3、连杆导轨4-4和连杆滑台4-5；所述的电控曲柄3的曲柄架3-1、曲柄电机3-2、曲柄丝杆3-3、曲柄导轨3-4和曲柄滑台3-5组成直线导轨滑台模块，所述的曲柄架3-1上固设有竖直转轴，所述的曲柄滑台3-5上固设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非球面光学元件抛光的数控摆机构，其特征在于，包括机架(1)、主轴电机(2)、电控曲柄(3)、电控连杆(4)、摇杆(5)、摆臂(6)、配重块(7)、十字万向节(8)、抛光盘(9)、控制器(10)和电滑环(11)，所述的电控曲柄(3)包括曲柄架(3‑1)、曲柄电机(3‑2)、曲柄丝杆(3‑3)、曲柄导轨(3‑4)和曲柄滑台(3‑5)，所述的电控连杆(4)包括连杆架(4‑1)、连杆电机(4‑2)、连杆丝杆(4‑3)、连杆导轨(4‑4)和连杆滑台(4‑5)；所述的电控曲柄(3)的曲柄架(3‑1)、曲柄电机(3‑2)、曲柄丝杆(3‑3)、曲柄导轨(3‑4)和曲柄滑台(3‑5)组成直线导轨滑台模块，所述的曲柄架(3‑1)上固设有竖直转轴，所述的曲柄滑台(3‑5)上固设有竖直转轴，所述的曲柄架(3‑1)的竖直转轴通过轴承安装在所述的机架(1)上，所述的曲柄滑台(3‑5)的移动方向垂直于所述的曲柄架(3‑1)的竖直转轴方向，所述的主轴电机(2)固定在所述的机架(1)上，所述的主轴电机(2)的轴线方向为竖直方向，所述的主轴电机(2)的转子输出端通过联轴器连接到所述的曲柄架(3‑1)的竖直转轴上，所述的电控连杆(4)的连杆架(4‑1)、连杆电机(4‑2)、连杆丝杆(4‑3)、连杆导轨(4‑4)和连杆滑台(4‑5)组成直线导轨滑台模块，所述的连杆架(4‑1)的一端通过轴承安装在所述的曲柄滑台(3‑5)的竖直转轴上，所述的连杆滑台(4‑5)上固设有竖直转轴，所述的连杆滑台(4‑5)的竖直转轴通过轴承连接在所述的摇杆(5)的后端，所述的摇杆(5)的前端固设有竖直转轴，所述的摇杆(5)的竖直转轴通过轴承连接在所述的机架(1)上，所述的摆臂(6)的后端在垂直于摆臂长度方向设有水平转轴，所述的摆臂(6)的水平转轴通过轴承连接在所述的摇杆(5)上，所述的摆臂(6)向后设有延伸杆，所述的摆臂(6)的延伸杆上固设有所述的配重块(7)，所述的十字万向节(8)的一端的输出杆向上固设在所述的摆臂(6)的前端，所述的十字万向节(8)的另一端下方固设有所述的抛光盘(9)，所述的电滑环(11)套在所述的曲柄架(3‑1)的竖直轴上，所述的控制器(10)的控制端通过导线连接到所述的主轴电机(2)、所述的摇杆电机(4‑2)和所述的电滑环(11)的输入端上，所述的电滑环(11)的输出端通过导线连接在所述的曲柄电机(3‑2)的输入端上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于非球面光学元件抛光的数控摆机构，其特征在于，包括机架(1)、主轴电机(2)、电控曲柄(3)、电控连杆(4)、摇杆(5)、摆臂(6)、配重块(7)、十字万向节(8)、抛光盘(9)、控制器(10)和电滑环(11)，所述的电控曲柄(3)包括曲柄架(3-1)、曲柄电机(3-2)、曲柄丝杆(3-3)、曲柄导轨(3-4)和曲柄滑台(3-5)，所述的电控连杆(4)包括连杆架(4-1)、连杆电机(4-2)、连杆丝杆(4-3)、连杆导轨(4-4)和连杆滑台(4-5)；所述的电控曲柄(3)的曲柄架(3-1)、曲柄电机(3-2)、曲柄丝杆(3-3)、曲柄导轨(3-4)和曲柄滑台(3-5)组成直线导轨滑台模块，所述的曲柄架(3-1)上固设有竖直转轴，所述的曲柄滑台(3-5)上固设有竖直转轴，所述的曲柄架(3-1)的竖直转轴通过轴承安装在所述的机架(1)上，所述的曲柄滑台(3-5)的移动方向垂直于所述的曲柄架(3-1)的竖直转轴方向，所述的主轴电机(2)固定在所述的机架(1)上，所述的主轴电机(2)的轴线方向为竖直方向，所述的主轴电机(2)的转子输出端通过联轴器连接到所述的曲柄架(3-1)的竖直转轴上，所述的电控连杆(4)的连杆架(4-1)、连杆电机(4-2)、连杆丝杆(4-3)、连杆导轨(4-4)和连杆滑台(4-5)组成直线导轨滑台模块，所述的连杆架(4-1)的一端通过轴承安装在所述的曲柄滑台(3-5)的竖直转轴上，所述的连杆滑台(4-5)上固设有竖直转轴，所述的连杆滑台(4-5)的竖直转轴通过轴承连接在所述的摇杆(5)的后端，所述的摇杆(5)的前端固设有竖直转轴，所述的摇杆(5)的竖直转轴通过轴承连接在所述的机架(1)上，所述的摆臂(6)的后端在垂直于摆臂长度方向设有水平转轴，所述的摆臂(6)的水平转轴通过轴承连接在所述的摇杆(5)上，所述的摆臂(6)向后设有延伸杆，所述的摆臂(6)的延伸杆上固设有所述的配重块(7)，所述的十字万向节(8)的一端的输出杆向上固设...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦翔，谭小红，朱健强，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31