本發(fā)明涉及光學(xué)加工，特別是一種用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在專利《一種大口徑光學(xué)元件的數(shù)控拋光機(jī)械手》(專利公開號(hào)CN 101386146 B)中，介紹了一種數(shù)控?cái)[動(dòng)式拋光機(jī)械。該機(jī)械X軸為擺動(dòng)軸，Y軸為伸縮軸，均為伺服電機(jī)控制，假設(shè)要使拋光頭按設(shè)定的軌跡運(yùn)行，則伺服電機(jī)很可能不做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而是做復(fù)雜的變速運(yùn)動(dòng)，做復(fù)雜變速運(yùn)動(dòng)的電機(jī)不可能有高的轉(zhuǎn)速，這意味著拋光頭的移動(dòng)速度受限，同時(shí)由于使用了主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的拋光頭，這類拋光頭由于質(zhì)量較大，使移動(dòng)速度進(jìn)一步受限，那么該機(jī)床拋光頭轉(zhuǎn)動(dòng)，整體以較低的速度運(yùn)動(dòng)，據(jù)此，該發(fā)明與傳統(tǒng)的數(shù)控拋光方式(CCOS)無異，加工的工件容易存在刀紋，在一些場(chǎng)合不適用；若調(diào)整偏心軸在擺盤上的位置，減小偏心距，使得X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以整周勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然X軸移動(dòng)速度可以得到一定提高，但仍受質(zhì)量較大的拋光頭的限制，不能很高，另一方面，此時(shí)拋光軌跡單一，不能滿足元件加工的需要。

綜上所述，該發(fā)明運(yùn)動(dòng)不夠靈活，與傳統(tǒng)數(shù)控拋光方式(CCOS)無異，不能取代傳統(tǒng)修帶方式，且不能達(dá)到所述的積極效果。

使用小工具修帶需要的力并不大，傳統(tǒng)數(shù)控拋光方式(CCOS)，采用笨重的機(jī)床加工，靈活性差，加工質(zhì)量差，很多情況下依然需要手修，但手修非球面光學(xué)元件存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、面形難以精確控制的缺點(diǎn)，所以非球面光學(xué)加工中迫切需要一種可以取代手修的拋光設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述問題而提供一種用于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)，該數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)可以取代傳統(tǒng)手修非球面的過程。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)在于，包括機(jī)架、主軸電機(jī)、電控曲柄、電控連桿、搖桿、擺臂、配重塊、十字萬向節(jié)、拋光盤、控制器和電滑環(huán)，所述的電控曲柄包括曲柄架、曲柄電機(jī)、曲柄絲桿、曲柄導(dǎo)軌和曲柄滑臺(tái)，所述的電控連桿包括連桿架、連桿電機(jī)、連桿絲桿、連桿導(dǎo)軌和連桿滑臺(tái)；

所述的電控曲柄的曲柄架、曲柄電機(jī)、曲柄絲桿、曲柄導(dǎo)軌和曲柄滑臺(tái)組成直線導(dǎo)軌滑臺(tái)模塊，所述的曲柄架上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的曲柄滑臺(tái)上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的曲柄架的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在所述的機(jī)架上，所述的曲柄滑臺(tái)的移動(dòng)方向垂直于所述的曲柄架的豎直轉(zhuǎn)軸方向，所述的主軸電機(jī)固定在所述的機(jī)架上，所述的主軸電機(jī)的軸線方向?yàn)樨Q直方向，所述的主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出端通過聯(lián)軸器連接到所述的曲柄架的豎直轉(zhuǎn)軸上，所述的電控連桿的連桿架、連桿電機(jī)、連桿絲桿、連桿導(dǎo)軌和連桿滑臺(tái)組成直線導(dǎo)軌滑臺(tái)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(tái)的豎直轉(zhuǎn)軸上，所述的連桿滑臺(tái)上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的連桿滑臺(tái)的豎直轉(zhuǎn)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(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的搖桿的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承連接在所述的機(jī)架上，所述的擺臂的后端在垂直于擺臂長(zhǎng)度方向設(shè)有水平轉(zhuǎn)軸，所述的擺臂的水平轉(zhuǎn)軸通過軸承連接在所述的搖桿上，所述的擺臂向后設(shè)有延伸桿，所述的擺臂的延伸桿上固設(shè)有所述的配重塊，所述的十字萬向節(jié)的一端的輸出桿向上固設(shè)在所述的擺臂的前端，所述的十字萬向節(jié)的另一端下方固設(shè)有所述的拋光盤，所述的電滑環(huán)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(dǎo)線連接到所述的主軸電機(jī)、所述的搖桿電機(jī)和所述的電滑環(huán)的輸入端上，所述的電滑環(huán)的輸出端通過導(dǎo)線連接在所述的曲柄電機(jī)的輸入端上。

所述的機(jī)架包括底座、調(diào)整架和拉桿組三部分，所述的底座上設(shè)有水平板，所述的調(diào)整架上設(shè)有水平底板，所述的拉桿組包括4～8個(gè)拉桿，所述的4～8個(gè)拉桿的一端通過螺栓固定所述的水平底板的前后兩側(cè)，所述的4～8個(gè)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(cè)。

所述的拉桿組的各個(gè)單元開有長(zhǎng)條形通孔，長(zhǎng)條方向?yàn)檠刂瓧U的長(zhǎng)度方向。

所述的機(jī)架包括底座和調(diào)整架兩部分，所述的底座上設(shè)有豎直固定板，所述的調(diào)整架上設(shè)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(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)，其特征是所述的主軸電機(jī)是交流減速電機(jī)或直流減速電機(jī)。

所述的曲柄電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。

所述的搖桿電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。

所述的十字萬向節(jié)的兩根軸線相交，且交點(diǎn)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(yùn)動(dòng)控制器和交流電機(jī)調(diào)速控制器或直流電機(jī)調(diào)速控制器。

本發(fā)明的工作原理描述為：

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

傳統(tǒng)的手修旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面光學(xué)元件的過程中，手只要在光學(xué)元件的半徑方向上運(yùn)動(dòng)就足夠，運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)主要包括擺速、擺幅和擺動(dòng)位置，使拋光盤與工件良好接觸主要依靠手對(duì)拋光盤的控制，合理的控制應(yīng)該使拋光頭可以二維角度浮動(dòng)。本發(fā)明中，所述的控制器通過控制所述的主軸電機(jī)控制所述的拋光盤的擺速，通過控制所述的曲柄電機(jī)控制所述的拋光盤擺幅，通過控制所述的連桿電機(jī)控制所述的拋光盤的擺動(dòng)位置，通過所述的十字萬向節(jié)使所述的拋光盤可以二維浮動(dòng)，所以本發(fā)明可以模擬手修的過程。

與手修非球面方式相比，該發(fā)明可以提高加工效率與加工精度。與其他機(jī)械拋光方式相比，該發(fā)明具有拋光頭驅(qū)動(dòng)部分輕巧、移動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可以幫助減少工件面形的中頻誤差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中機(jī)架上一種連接底座和調(diào)整架的拉桿形狀；

圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為一種非球面面形；

圖5為本發(fā)明中拋光盤的一種運(yùn)動(dòng)軌跡；

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

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參看圖1，圖1為本發(fā)明用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[結(jié)構(gòu)示意圖，包括機(jī)架1、主軸電機(jī)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(jié)8、拋光盤9、控制器10和電滑環(huán)11，所述的電控曲柄3包括曲柄架3-1、曲柄電機(jī)3-2、曲柄絲桿3-3、曲柄導(dǎo)軌3-4和曲柄滑臺(tái)3-5，所述的電控連桿4包括連桿架4-1、連桿電機(jī)4-2、連桿絲桿4-3、連桿導(dǎo)軌4-4和連桿滑臺(tái)4-5；

所述的電控曲柄3的曲柄架3-1、曲柄電機(jī)3-2、曲柄絲桿3-3、曲柄導(dǎo)軌3-4和曲柄滑臺(tái)3-5組成直線導(dǎo)軌滑臺(tái)模塊，所述的曲柄架3-1上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的曲柄滑臺(tái)3-5上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的曲柄架3-1的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在所述的機(jī)架1上，所述的曲柄滑臺(tái)3-5的移動(dòng)方向垂直于所述的曲柄架3-1的豎直轉(zhuǎn)軸方向，所述的主軸電機(jī)2固定在所述的機(jī)架1上，所述的主軸電機(jī)2的軸線方向?yàn)樨Q直方向，所述的主軸電機(jī)2的轉(zhuǎn)子輸出端通過聯(lián)軸器連接到所述的曲柄架3-1的豎直轉(zhuǎn)軸上，所述的電控連桿4的連桿架4-1、連桿電機(jī)4-2、連桿絲桿4-3、連桿導(dǎo)軌4-4和連桿滑臺(tái)4-5組成直線導(dǎo)軌滑臺(tái)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(tái)3-5的豎直轉(zhuǎn)軸上，所述的連桿滑臺(tái)4-5上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的連桿滑臺(tái)4-5的豎直轉(zhuǎn)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(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的搖桿5的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承連接在所述的機(jī)架1上，所述的擺臂6的后端在垂直于擺臂長(zhǎng)度方向設(shè)有水平轉(zhuǎn)軸，所述的擺臂6的水平轉(zhuǎn)軸通過軸承連接在所述的搖桿5上，所述的擺臂6向后設(shè)有延伸桿，所述的擺臂6的延伸桿上固設(shè)有所述的配重塊7，所述的十字萬向節(jié)8的一端的輸出桿向上固設(shè)在所述的擺臂6的前端，所述的十字萬向節(jié)8的另一端下方固設(shè)有所述的拋光盤9，所述的電滑環(huán)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(dǎo)線連接到所述的主軸電機(jī)2、所述的搖桿電機(jī)4-2和所述的電滑環(huán)11的輸入端上，所述的電滑環(huán)11的輸出端通過導(dǎo)線連接在所述的曲柄電機(jī)3-2的輸入端上。

所述的用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控?cái)[機(jī)構(gòu)，其特征是所述的機(jī)架1包括底座、調(diào)整架和拉桿組三部分，所述的底座上設(shè)有水平板，所述的調(diào)整架上設(shè)有水平底板，所述的拉桿組包括4～8個(gè)拉桿，所述的4～8個(gè)拉桿的一端通過螺栓固定所述的水平底板的前后兩側(cè)，所述的4～8個(gè)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(cè)；

所述的拉桿組的各個(gè)單元沿拉桿的長(zhǎng)度方向開有長(zhǎng)條形通孔，參看圖2，圖2為本發(fā)明中機(jī)架上一種連接底座和調(diào)整架的拉桿形狀；

所述的機(jī)架1包括底座和調(diào)整架兩部分，所述的底座上設(shè)有豎直固定板，所述的調(diào)整架上設(shè)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(jī)2是交流減速電機(jī)或直流減速電機(jī)；

所述的曲柄電機(jī)3-2是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的搖桿電機(jī)4-2是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的十字萬向節(jié)8的兩根軸線相交，且交點(diǎn)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(yùn)動(dòng)控制器和交流電機(jī)調(diào)速控制器或直流電機(jī)調(diào)速控制器。

現(xiàn)結(jié)合圖3描述本發(fā)明的工作過程，圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，曲柄3做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)搖桿5往復(fù)擺動(dòng)，搖桿5通過擺臂6帶動(dòng)拋光盤9擺動(dòng)作為拋光運(yùn)動(dòng)，根據(jù)簡(jiǎn)圖可知，曲柄3的轉(zhuǎn)速可以控制拋光盤9的擺速，曲柄3的長(zhǎng)度可以控制拋光盤9的擺幅，連桿4的長(zhǎng)度可以控制拋光盤9的擺動(dòng)位置，設(shè)置合理的拋光盤9的擺速、擺幅和擺動(dòng)位置便可以完成任意旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面的研磨或拋光。

舉例說明一種實(shí)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(yīng)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(fā)明中拋光盤的一種運(yùn)動(dòng)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(shí)間很短，在0.7帶停留時(shí)間最長(zhǎng)，去除量和停留時(shí)間有關(guān)，以此將擬合球面修成所需的非球面面形。