[发明专利]一种气压连续可调双自由度轮式气囊抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气囊抛光装置，尤其是涉及一种气压连续可调双自由度轮式气囊抛光装置，属于超精密光学表面加工领域。

技术背景

随着先进光学制造与检测技术的不断发展，以非球面为关键元件的精密光学系统在高分辨率成像、天文观测、空间光学系统以及诸多军事领域获得了广泛的应用。在光学系统设计中使用非球面光学元件，不仅可以增加光学设计的自由度，而且能够有效地矫正像差、改善像质、扩大视场、增大作用距离，并能减少光学元件的数量，从而简化光学系统结构、降低成本、有效减小空间光学系统的有效载荷。然而，高精度、高质量的非球面加工技术一直是制约非球面进一步广泛应用的瓶颈。非球面数量和质量上不断增长的需求对现有的加工方法提出了更高的要求，从而促进了新型结构形式的加工工具和工艺方法的研究。

为了实施高精度光学元件的计算机数控研磨抛光，上世纪70年代初期，美国Itek公司的W.J.Rupp提出了计算机控制光学表面成形技术（Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS）。从工作原理上讲，该技术根据定量的面形检测数据，按照预先设定的加工路径和去除函数，通过相应的驻留时间的计算，生成加工文件；之后，根据该加工文件，由计算机控制一个小工具头，按照驻留时间改变小工具头的横向移动速度，实现对光学零件进行确定性的研磨或抛光，最终达到面形精度的快速收敛。该技术充分发挥了计算机执行速度快、记忆准确、精度高等优势，使加工的重复精度及效率得到了大幅度的提高。

然而，由硬质的抛光模构成的抛光头在抛光非球面时遇到了很大的困难，这主要是因为非球面各点的曲率半径不一致造成的。常见的的沥青抛光模，由于其本身的粘弹性的特点，能够产生一定的流动性，但是其变形速度太慢，不能适应高速抛光过程中非球面曲率的变化速度，因此，在各点产生的去除函数各不相同，去除函数的稳定性大大降低，不利于面形精度的快速收敛。

柔性抛光工具头的出现对开展非球面的超精密表面加工的研究提供了新的思路；由于抛光介质的特点，这种工具头可以瞬间适应非球面的曲率变化，适合非球面的加工。典型的柔性抛光工具头有磁流变抛光、电流变抛光、磁射流抛光等；其中美国QED公司开发的磁流变抛光装置在非球面的抛光中获得了很大的成功，但是设备结构复杂，工艺参数较多。电流变、磁射流目前适用于小口径光学元件的加工，在大中型元件的加工中，效率较低，并且容易产生中高频误差。另外，英国的Zeeko公司开发的进动式气囊工具头，在非球面的加工中也得到了很好的应用，运用独特的运动方式，得到了类高斯状的去除函数。但是其抛光模的线速度较小，去除率相对不高，并且在漏边的情况下容易发生非常严重的塌边现象。

发明内容

本发明针对传统的小工具头抛光装置在非球面的加工中，压力分布不均、与光学元件表面贴合不稳定，以及进动式气囊抛光工具的线速度较小等问题，提出了一种气压连续可调双自由度轮式气囊抛光装置，通过采用柔性的抛光气囊以及公自转的传动结构，避免了数控小工具光学表面加工中由于压力分布不均、与元件表面贴合不稳定的现象；通过轮式的气囊结构，增大了接触区域的线速度，提高了加工效率，是一种结构精巧、集成化程度高、稳定性好的精密光学表面高速加工装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明是属于超精密光学表面加工领域的一种气压连续可调双自由度轮式气囊抛光装置，包括支架、转接板、自转电机、公转电机、自转电机座、公转电机座、自转电机皮带轮、公转电机皮带轮、自转驱动轴、自转驱动轴上/下齿轮、自转驱动轴上/下气动旋转接头、公转驱动套筒、公转驱动套筒齿轮、自转驱动杆上/下轴承、公转驱动套筒轴承、伞齿轮、第一/二自转传递杆、第一/二自转传递杆轴承、第一/二自转传递杆齿轮、自转轴齿轮、自转轴左/右轴承、自转轴气动旋转接头、抛光轮、抛光轮挡板、气囊、公转箱体、公转箱体左/右侧护板、公转箱体左/右下护板。

所述的自转运动由自转电机产生，经过各级齿轮和皮带的传动，最终带动气囊绕自转轴旋转。

所述的公转运动由公转电机产生，带动公转驱动套筒旋转，公转驱动套筒带动抛光轮做公转运动。

所述的轮式气囊在光学元件表面做公自转运动，产生旋转对称的类高斯状去除函数。

所述的抛光工具为轮胎状的气囊，轮式气囊固定在抛光轮上，通过定量调节气囊的压缩量和气压来改变施加在抛光区域上的压力以及接触区域的大小。