[发明专利]一种用于抛光的精密力位控制装置

说明书

本发明公开了一种用于抛光的精密力位控制装置，包括安装底板、导轨底座、交叉滚柱导轨、滑板、光栅、光栅读数头、读数头座、角度传感器、音圈电机磁钢、磁钢底座、音圈电机线圈、压力传感器底座、抛光力传感器、称重传感器、称重传感器底座、测力传感器底座、测力传感器、球铰连接件、电缸滑杆、电缸缸体、制动片以及制动卡钳。该装置设计为纵向使用，具备自重称重功能、平衡自身重量功能、运动位移速度测量功能、压力精密输出功能、抛光压力检测反馈功能、位置闭环功能、姿态监测功能以及快速制动功能等。该装置能够不仅可以输出稳定的抛光压力，还能实现位置闭环控制，以及压力和位置控制的任意切换，有利于提高精密光学加工零件的面形精度。

技术领域

本发明属于精密光学加工领域，具体涉及一种用于抛光的精密力位控制装置。

背景技术

目前，精密光学加工领域对光学零件的制造精度提出更苛刻的要求，除了对面形精度与表面粗糙度的高要求以外，还要求光学零件的尺寸尽量更小，这就对加工过程中光学零件边缘效应的控制能力提出了更高的要求。

光学零件加工中的边缘效应问题一直以来都是研制人员重点关注的技术难题，针对不同的加工形式尝试提出了多种解决方案，主要的解决思路之一就是采用可变去除函数来实现边缘局部去除量的控制，并取得了一定的效果。在此，针对接触式抛光技术，发明一种具备可切换压力-位置工作模式的抛光装置，凭此抛光装置可实现精密控制加工外延量的加工方法，即在不对去除函数进行改变的前提下，少量扩大加工范围来间接实现边缘效应的控制。采用该抛光装置可以极小的外形尺寸代价来实现边缘效应的有效抑制。

发明内容

本发明为解决现有接触抛光工具加工零件时边缘效应影响区较宽的问题，提出一种压力和位置工作模式可以相互切换的抛光工具，抛光工具可以输出稳定的抛光压力，抛光工具的运动部分可以实现位置闭环控制，两种模式可以根据需要进行切换，结合精密可控外延量的方法来实现边缘效应的有效抑制。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种用于抛光的精密力位控制装置，具体包括：安装底板、导轨底座、交叉滚柱导轨、滑板、光栅、光栅读数头、读数头座、角度传感器、音圈电机磁钢、磁钢底座、音圈电机线圈、压力传感器底座、抛光力传感器、称重传感器、称重传感器底座、测力传感器底座、测力传感器、球铰连接件、电缸滑杆、电缸缸体、制动片以及制动卡钳等。其中，安装底板上固定安装导轨底座，导轨底座上安装交叉滚柱导轨，交叉滚柱导轨上安装执行直线运动的滑板，滑板在其内部通过螺钉连接固定抛光力传感器，抛光力传感器固定在压力传感器底座，压力传感器底座通过螺钉连接固定音圈电机线圈，音圈电机线圈装配在音圈电机磁钢内部，音圈电机磁钢通过螺钉固定在磁钢底座上，磁钢底座通过螺钉固定在安装底板上，音圈电机线圈电后即推动与之连接的滑板发生直线运动。滑板侧面粘接有光栅，光栅配有光栅读数头安装在读数头座上，读数头座通过螺钉固定在安装底面上，滑板发生位移时，带动光栅同时运动，光栅读数头将识别和反馈滑板的运动情况。角度传感器通过螺钉固定在滑板侧面，用于识别滑板的空间姿态，并将角度信息反馈给后端控制处理部分。称重传感器安装在称重传感器底座内，称重传感器底座固定连接在安装底板上，称重传感器用于获取抛光装置运动部分的重量。测力传感器的一端通过螺钉与测力传感器底座连接固定，测力传感器底座固定连接在滑板内部，测力传感器的另一端与球铰连接件连接，球铰连接件与电缸滑杆连接，电缸滑杆置于电缸缸体内部，测力传感器用于监测滑块上的作用力情况，并反馈给后端的控制处理部分。滑板的另一侧壁安装有制动片，与之配合使用的制动卡钳固定在安装底板上，根据使用需要实现对滑板的制动控制。抛光装置的直线运动部分采用了交叉滚柱导轨，保证了滑板运动过程中的高刚性和低摩擦；采用音圈电机作为驱动电机，使施加抛光压力和位置闭环控制的响应速度快；采用高精度的光栅尺配合高分辨率的光栅读数头，确保滑板运动过程中位置速度的准确反馈与控制；音圈电机和滑板之间安装有抛光压力传感器，可以实时监测反馈实际的抛光压力，用于调整输出端的抛光压力；采用称重传感器，对滑板及其上面安装的抛光工具的总重量进行称重，为后端控制系统进行重力补偿提供系统重力；采用电缸作为平衡重力的输出力来源，采用角度传感器确定滑板姿态并反馈给控制系统，采用测力传感器来检测反馈电缸与滑板及其负载之间的作用力，根据所需平衡重力信息、姿态信息以及测力传感器信息综合控制电缸输出拉力来平衡抛光装置运动部分的重力。