本发明专利技术提供一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法，用于先进光学制造领域的非接触抛光中的抛光间隙调控与抛光力测量。该装置包括：主轴、抛光工具、光学元件、夹具、连接板、力传感器、载物台。该方法在未抛光状态时，依靠力传感器判断抛光工具与光学元件之间的接触状态并定位到初始间隙；在抛光状态时，根据力传感器测量的抛光力调控抛光工具与光学元件之间的间隙稳定。本发明专利技术为先进光学制造非接触抛光领域提供一种抛光间隙精确测量与调控的方法，有助于在抛光过程中维持抛光效果稳定，获得超光滑的光学表面。获得超光滑的光学表面。获得超光滑的光学表面。
【技术实现步骤摘要】
一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法
[0001]本专利技术属于先进光学制造与
，具体涉及一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法。
技术介绍
[0002]在先进光学制造领域，以引力波探测、基于短波波长的同步辐射光源等为代表的先进科学技术和大科学装置快速发展，对光学元件表面粗糙度提出了苛刻的要求，要求光学元件全频段表面粗糙度达到纳米甚至亚纳米级别，并控制光学元件的表面和亚表面损伤。然而传统的接触式抛光会不可避免的对光学元件造成表面划痕或亚表面损伤，非接触抛光是一种有效提升光学元件表面粗糙度的方式，可以用于超光滑光学元件制造的最终工序，例如弹性发射加工技术。如中国专利公开CN10534560A所述，在其应用场景下抛光工具与光学元件之间的间隙对于抛光效果至关重要。非接触抛光中抛光工具和光学元件之间的初始间隙难以精确测量，且在抛光过程中由于环境温度、轴系发热等问题，抛光间隙难以长时间维持恒定，这将导致无法获得稳定的材料去除函数，不利于实现确定性抛光。目前间隙测量方式有光学检测、塞尺检测等方法，然而由于抛光液的存在，对环境要求较高的光学检测方式造成了极大困难。而塞尺仅能作为非抛光状态时的间隙测量方法，无法实时监控非接触抛光的状态。在抛光间隙维持方面，目前主要是采用分辨率高的轴提高定位精度，然而当温度变化时抛光间隙也会发生变化。为解决上述问题，本专利技术提出了一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法，实时测量抛光工具和光学元件之间的间隙，有助于获得稳定的材料去除函数，以实现确定性抛光。
专利
技术实现思路
[0003]本专利技术提出一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置及方法，用于解决先进光学制造领域非接触抛光中抛光工具和光学元件之间的抛光间隙难以测量并保持间隙稳定的问题。本专利技术能够精确测量抛光间隙，可以与弹性发射加工技术联合应用，基于抛光力的测量维持抛光间隙的恒定，有助于获得稳定的材料去除函数，保证长时间的稳定性、确定性抛光。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，该装置包括主轴、抛光工具、光学元件、夹具、连接板、力传感器、载物台，其中，
[0005]所述主轴与抛光工具相连，通过控制主轴使抛光工具转动以及抛光工具在竖直方向的移动；
[0006]所述光学元件通过夹具安装在连接板上，连接板与力传感器固定连接并安装在载物台上，通过控制载物台可以实现上述物体在水平方向的移动；
[0007]进一步地，抛光工具的形状可以是球形、椭球形、球冠型、圆柱形等任意旋转对称形状，材料可以是聚氨酯、橡胶、硅胶等任何柔性材料或聚四氟乙烯等任何耐磨损材料，抛光工具也可以是各种形状的喷嘴。
[0008]进一步地，光学元件与连接板的安装方式可以是通过夹具，也可以通过蜡粘接或采用真空吸盘等任何可以固定光学元件的方式。
[0009]进一步地，光学元件可以是平面、球面、自由曲面等任何形状的光学元件。
[0010]进一步地，放置力传感器的数量可以是一个或多个，力传感器放置的位置可以是光学元件下方的任和位置，力传感器可以是单轴力传感器、多轴力传感器或剪切力传感器等测量不同方向力的力传感器，力传感器可以是依靠应变片的各类力传感器、依靠压电效应的各类力传感器等任何种类的力传感器，当多个力传感器进行组合时，抛光力在不同方向的分力可通过力的分解与合成得到。
[0011]进一步地，载物台用于承载光学元件和力传感器，载物台可以是二轴水平位移平台，三轴位移平台或具有多个自由度的位移台。
[0012]进一步地，主轴、抛光工具、光学元件、夹具、连接板、力传感器、载物台可以整体置于抛光槽中，也可将其中一部分置于抛光槽中，抛光槽中可以装满任何种类的抛光液或水，抛光工具也可以是喷嘴的形式将抛光液喷射至光学元件表面。
[0013]进一步地，一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量方法，利用上述的非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，该测量方法分为两部分：首先在非抛光状态，通过控制主轴上下移动使得抛光工具逐渐靠近光学元件，直至力传感器出现示数，此时抛光工具刚好接触光学元件。当抛光工具选择柔性材料或者接触力极小时，抛光工具和光学元件表面的接触过程不会对光学元件造成任何损伤；之后在抛光状态时，使抛光工具在距离光学元件表面某一高度处以一定的速度旋转，由于液体的存在会导致抛光工具和光学元件之间存在流体动压力、剪切力等，根据测量的抛光力的种类选择合适的力传感器，根据抛光力的示数调节抛光工具和光学元件之间的间隙，其中抛光力可以通过理论仿真计算叠加实验标定获得。当抛光工具为喷嘴时，从喷嘴高速喷出的流体同样会对光学元件表面产生一定的压力和剪切力，这与喷嘴与光学元件的距离和喷射角度相关，同样可以根据抛光力的示数调节抛光工具和光学元件之间的间隙。测量与调控方法可以手动，也可编写相应程序内置于机床控制系统中，实现测量与调控的自动化。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量方法，步骤如下：
[0015]步骤a：选取合适种类、量程、精度的力位移传感器，调节主轴和载物台使抛光工具和光学元件位于合适的初始相对位置；
[0016]步骤b：控制主轴移动使抛光工具逐渐靠近光学元件，直至力传感器出现示数，此时抛光工具刚好接触光学元件，根据机床示数记录此时抛光工具所在的坐标为A(x1,y1,z1)；
[0017]步骤c：在非接触抛光时，使抛光工具相对光学元件在竖直方向抬起一定的距离D，即将抛光工具移动到坐标为B(x1,y1,z1+D)的位置处，以达到初始抛光间隙；
[0018]步骤d：控制主轴使抛光工具旋转，力传感器会测量此时的抛光力为F1。当由于机床运动过程中的定位误差或环境温度等发生变化时，抛光力的示数会发生变化为F2，之后根据理论仿真计算叠加实验标定获得的抛光力参考值寻找抛光力的示数为F2时的抛光间隙D1，在竖直方向上移动抛光工具至坐标为C(x1,y1,z1+2D
‑
D1)的位置处，使抛光力的示数保持F1恒定。当调控方式为手动时，人为调节抛光工具的坐标，维持间隙恒定，也可根据实验
需求完成间隙实时变化的自定义抛光过程。当调控方式为自动时，上述过程由机床控制软件完成，该过程自动化有利于长时间稳定的大面积确定性抛光。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术基于非接触抛光中，在抛光状态下抛光工具和光学元件之间存在的抛光力提出了一种测量并调控抛光工具和光学元件之间抛光间隙的方法，该方法能够精确的实时测量抛光过程中的抛光间隙，并实现在抛光过程中的间隙调控，该测量方法不受加工环境和空间限制，对抛光过程是否进行无影响，是一种有效的低成本的抛光间隙测量方式，有助于获得稳定的材料去除函数。
附图说明
[0021]图1为一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置的整体结构图；
[0022]图2为一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置的主视图；
[0023]图3为一种非接触抛本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：该装置包括主轴(1)、抛光工具(2)、光学元件(3)、夹具(4)、连接板(5)、力传感器(6)、载物台(7)，其中，所述主轴(1)与抛光工具(2)相连，通过控制主轴使抛光工具转动以及抛光工具在竖直方向的移动；所述光学元件(3)通过夹具(4)安装在连接板(5)上，连接板(5)与力传感器(6)固定连接并安装在载物台(7)上，通过控制载物台可以实现上述物体在水平方向的移动。2.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：抛光工具(2)的形状可以是球形、椭球形、球冠型、圆柱形任意旋转对称形状，材料可以是聚氨酯、橡胶、硅胶任何柔性材料或聚四氟乙烯等任何耐磨损材料，抛光工具(2)也可以是各种形状的喷嘴。3.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：光学元件(3)与连接板(5)的安装方式可以是通过夹具(4)，也可以通过蜡粘接或采用真空吸盘任何可以固定光学元件的方式。4.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：光学元件(3)可以是平面、球面、自由曲面任何形状的光学元件。5.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：放置力传感器(6)的数量可以是一个或多个，力传感器放置的位置可以是光学元件下方的任何位置，力传感器可以是单轴力传感器、多轴力传感器或剪切力传感器测量不同方向力的力传感器，力传感器可以是依靠应变片的各类力传感器、依靠压电效应的各类力传感器任何种类的力传感器，当多个力传感器进行组合时，抛光力在不同方向的分力可通过力的分解与合成得到。6.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：载物台(7)用于承载光学元件(3)和力传感器(6)，载物台(7)可以是二轴水平位移平台，三轴位移平台或具有多个自由度的位移台。7.根据权利要求1所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：主轴(1)、抛光工具(2)、光学元件(3)、夹具(4)、连接板(5)、力传感器(6)、载物台(7)可以整体置于抛光槽中，也可将其中一部分置于抛光槽中，抛光槽中可以装满任何种类的抛光液或水，抛光工具(2)也可以是喷嘴的形式将抛光液喷射至光学元件表面。8.一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量方法，利用权利要求1
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7任一项所述的一种非接触抛光中间隙调控与抛光力测量装置，其特征在于：该测量方法分为两部分：首先在非抛光状态，通过控制主轴(1)上下移动使得抛光工具(2)逐渐靠近...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯溪，马伟皓，李佳慧，陈强，张云，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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