[发明专利]用于高陡度非球面光学零件的双摆轴抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学零件加工技术领域，尤其涉及用于高陡度非球面光学零件的双摆轴抛光装置。

背景技术

光学系统中，球面光学零件是不能理想聚焦成像的。传统球面光学零件具有曲率半径确定，弧度统一，价格便宜以及制造简单等特点，但是光路构造中存在原理性像差，容易造成成像变形、模糊以及视场狭小等不良现象。较之球面和平面光学零件而言，非球面光学零件在光学系统中引入了更多的设计参数，因此使得光学系统的设计具有更大的灵活性，能够校正像差、改善像质、扩大视场，并使光学系统结构简化、重量减轻。非球面光学零件的优点使得其在空间望远镜、地基望远镜、空间高分辨率光电侦察相机等众多领域中得到了越来越广泛的应用，已经发展成为现代光学系统中不可或缺的关键部件。

现代光学系统的发展对于非球面光学零件的加工精度、加工效率等均提出了越来越严格的要求，传统光学加工手段已经无法满足非球面光学零件的加工需求。随着计算机技术的高速发展，20世纪70年代初期美国Itek公司的W.J.Rupp提出将计算机技术引入光学制造领域以提高加工精度和加工效率，从而建立了计算机控制光学表面成形的概念。随后世界各国相继对该技术进行了深入研究，其中具有代表性的包括美国Perkin-Elmer 公司、Arizona 大学光学科学中心、Rochester 大学光学制造中心、Tinsley 公司、柯达公司、美国LLNL 实验室、法国REOSC 公司、俄罗斯Vavilov 国家光学研究所及中国科学院长春光机所等。计算机控制光学表面成形技术（Computer-Controlled Optical Surfacing, 简称CCOS）的基本思想，是采用一个尺寸远小于被加工工件的抛光工具（该抛光工具的运动能够产生类似高斯形状的去除函数模型），在计算机的控制下沿特定的加工路径在光学零件表面运动，同时根据测量得到的面形误差分布控制不同位置时的运动速度、加工压力等参数，精确实现光学零件表面的材料量去除，从而得到满足使用要求的光学零件。

利用CCOS技术实现高精度加工，在满足测量精度和工艺参数稳定性要求的条件下，去除函数的稳定性起着至关重要的作用。CCOS中去除函数的稳定性由加工压力的稳定性、相对运动速度的稳定性以及抛光工具同工件之间的适应性共同决定的。由于加工压力和相对运动速度的控制一般都能满足使用要求，因此最终决定去除函数是否稳定不变的因素在于抛光工具同工件之间的适应特性。通常情况下，抛光工具同机床磨头轴之间是“柔性”连接的，从而使得其能够吸收抛光工具表面同工件表面之间的间隙，同时还能有效适应光学零件表面一定量陡度的变化。CCOS产生类高斯去除函数模型的方式主要有两种：平转动方式和行星运动方式。虽然平转动方式和行星运动方式均具有多种机构组成形式，但是它们的磨头（即抛光工具）同自转轴的“柔性”连接主要有两种结构形式，即万向轴连接和球铰链加拨销。比如：中国科学院长春光学精密机械研究所的王权陡研究的行星运动磨头机构，中国科学院光电技术研究所研制的“XGJ1600”型抛光机上采用的抛光模结构，以及公开号为CN101088705的中国专利文献公开的平转动式研磨抛光机构均采用球铰链加拨销的结构来实现“柔性”连接；而公开号为CN1490125的中国专利文献公开的行星轮式双转子研抛机构的研抛盘同自转轴轴端则采用万向联轴节连接，达到适应非球面光学零件面形变化的目的。由于球铰的运动范围受拨销尺寸限制，因此球铰链加拨销的这种结构形式所能够“柔性”适应的非球面光学零件的陡度是有限的；而万向联轴节的适应陡度虽然不受限制，但是由于磨头工作过程中需要保持恒定的加工压力输出，在加工高陡度非球面光学零件时可能引起加压失稳或者受力不均匀等现象，不利于去除函数的稳定控制。

综上所述，现在典型的“柔性”连接形式虽然能够一定程度上满足低陡度非球面光学零件的应用需求，但是在加工高陡度非球面光学零件时表现出适应性不足、加工压力波动大、去除函数不稳定等缺点，难以满足高陡度非球面光学零件加工的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够在任何时段提供压力更恒定、去除性能更稳定的高斯去除函数，对于加工高陡度的非球面光学零件效率更高、精度更易实现的用于高陡度非球面光学零件的双摆轴抛光装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于高陡度非球面光学零件的双摆轴抛光装置，包括双摆轴机构和双转子抛光机构，所述双摆轴机构包括偏摆组件和俯仰组件，所述俯仰组件装设于所述偏摆组件的偏摆运动输出端，所述双转子抛光机构装设于所述俯仰组件的俯仰运动输出端。