CN107900838A - 一种光学镜面抛光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学镜面抛光设备，包括机体、柔索驱动装置、动平台、镜面抛光装置、主动支撑装置。动平台提升装置固定在机架上，通过柔索驱动装置提拉动平台；镜面抛光平台安装在动平台上，通过两个电机和三条同步带传动，使得镜面抛光平台能够在动平台上实现两个自由度的平动；所述离子束发射器通过三个转动副、一个定长杆、两个电动推杆和三个球铰与镜面抛光平台连接，能够实现离子束发射器的两个自由度的转动；采用全浮动支撑的主动支撑装置固定在机架上。本发明将镜面主动支撑***应用在光学加工中，能够有效降低加工难度、缩短加工周期。本发明的混联抛光机床能够实现较大的加工空间、较大的刚度和较小的累积误差。

Description

一种光学镜面抛光设备
技术领域
本发明涉及机械加工制造技术，尤其涉及一种光学镜面抛光设备。
背景技术
目前对光学镜面的抛光，特别是对于离轴非球面镜面的抛光，传统的光学加工工艺如小磨头，在加工过程中会引入复印效应、边缘效应等，难以独立完成对高精度、高陡度离轴非球面镜面的抛光。离子束抛光是一种确定性高、稳定性好的加工手段，具有更高的加工效率与可靠性，尤其是在精抛光阶段具有更高的收敛率。
目前光学加工时，镜面主要采用刚性支撑，加工难度大，加工效率低。采用主动支撑技术能够有效降低加工难度，缩短加工周期。传统的主动支撑采用的是固定支撑和浮动支撑相结合的方式，其中固定支撑在加工过程中会导致局部应力过大等情况。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光学镜面抛光设备，通过采用离子束抛光方式，配合以主动支撑***，能够有效提高加工效率、提高加工可靠性、降低加工难度，实现高效、高精度的光学镜面抛光。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种光学镜面抛光设备，包括机体、主动支撑装置、四个柔索驱动装置、动平台和镜面抛光设备；
所述机体包括底部平台、四个支撑柱和一个顶部平台，四个支撑柱支撑在底部平台和顶部平台的四个角之间，形成以Z轴为竖直高度方向的四棱柱状加工空间；
所述主动支撑装置设置在四棱柱状加工空间内，并与底部平台固定，待抛光镜面放置在主动支撑装置上，四棱柱状加工空间、主动支撑装置和待抛光镜面的竖直中心轴线在一条直线上；
所述四个柔索驱动装置安装在顶部平台的四个角上，通过收放四根柔索控制动平台在Z轴方向上的平动；
所述动平台包括Z轴滑台，Z轴滑台包括两个Z轴滑块，每个Z轴滑块上安装一根传动轴A，两根传动轴A位于同一水平面上且位置平行，并通过两根Y轴同步带连接，其中一个Z轴滑块上设置有Y轴伺服电机、Y轴减速器和同步带轮A，通过同步带轮A 驱动其中一根传动轴A转动，通过Y轴同步带带动另一根传动轴A同步转动；两个Z 轴滑块之间通过两根Y轴导杆固定，两根Y轴导杆位于同一水平面上且位置平行，每根Y轴导杆上安装有一个Y轴滑台，两个Y轴滑台分别与两根Y轴同步带固定连接，通过Y轴同步带带动Y轴滑台同步移动；每个Y轴滑台上安装一根传动轴B，两根传动轴B位于同一水平面上且位置平行，并通过X轴同步带连接，其中一个Y轴滑台上设置有X轴伺服电机、X轴减速器和同步带轮B，通过同步带轮B驱动其中一根传动轴 B转动，通过X轴同步带带动另一根传动轴B同步转动；两个Y轴滑台之间通过两根 X轴导杆固定，两个X轴导杆位于同一水平面上且位置平行，每根X轴导杆上安装一个X轴滑块；
所述镜面抛光设备包括离子束发射器、镜面抛光平台和调整机构，离子束发射器通过调整机构安装在镜面抛光平台的下方，通过调整机构调节离子束发射器的发射角度；镜面抛光平台的上表面与两个X轴滑块固定，同时与X轴同步带固定连接，通过X轴同步带带动镜面抛光平台同步移动。
优选的，所述调整机构包括一根定长杆和两根电动推杆，在镜面抛光平台的下表面均匀布置有三个球铰，在离子束发射器的周侧均匀布置有三个销座，一根定长杆和两根电动推杆的上端分别与三个球铰连接，一根定长杆和两根电动推杆的下端分别通过销轴与三个销座连接。
优选的，所述动平台对应四个支撑柱的四个角位置各设置有一组滚子杆-滚子机构，同一组内的滚子和滚子杆安装在同一个安装轴上，滚子位于外侧；支撑柱沿Z轴方向设置T型槽，滚子杆-滚子机构安装在T型槽内，并能够沿T型槽往复移动；四根柔索各自连接一个滚子，通过四个柔索驱动装置控制柔索的收放控制动平台在Z轴方向上的移动。
优选的，所述顶部平台上设置有四个柔索导向孔，四个柔索导向孔分别位于四个滚子杆的正上方；所述柔索驱动装置包括导杆、驱动支撑平台、动滑块和丝杠螺母机构，导杆通过导杆支撑架固定在顶部平台上，驱动支撑平台和动滑块均安装在导杆上并可以相对导杆往复移动，在驱动支撑平台上安装有伺服电机、减速器和联轴器；丝杠螺母机构包括固定螺母和丝杠，固定螺母固定在顶部平台上，丝杠的一端通过联轴器、减速器和伺服电机的输出端相连，丝杠的另一端通过轴承与动滑块相连，柔索的一端与丝杠固定连接，柔索的另一端穿过对应的柔索导向孔与正下方的滚子杆连接。
优选的，所述主动支撑装置包括主动支撑机体和力促动器，力促动器的个数为的整数倍，采用Hindle/Whiffletree型多点支撑方式布置在主动支撑机体上，通过力促进器支撑待抛光镜面。
有益效果：本发明提供的光学镜面抛光设备，相对于现有技术，具有如下优势：1、
1、镜面抛光设备既在动平台上能够实现x、y、z三个方向的平动，又通过一个两转动的并联机构实现离子束发射器的两个自由度的转动，保证了较大的工作空间和任意的离子束入射角度，能够保证镜面抛光装置可以到达镜面的任意位置，且始终以最佳的入射角度进行抛光，提高了加工效率和加工质量；
2、离子束抛光是一种确定性高、稳定性好的加工手段，具有更高的加工效率与可靠性，尤其是在精抛光阶段具有更高的收敛率；
3、采用主动支撑技术能够有效降低加工难度，缩短加工周期；主动支撑采用全浮动支撑，避免了局部应力过大等情况，更适合于加工中使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为柔索驱动装置结构示意图；
图3为动平台结构示意图；
图4为镜面抛光设备结构示意图；
图5为主动支撑装置的力促动器布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种光学镜面抛光设备，包括机体、主动支撑装置、四个柔索驱动装置、动平台和镜面抛光设备。
所述机体包括底部平台1、四个支撑柱2和一个顶部平台3，四个支撑柱2支撑在底部平台1和顶部平台3的四个角之间，形成以Z轴为竖直高度方向的四棱柱状加工空间。
所述主动支撑装置设置在四棱柱状加工空间内，并与底部平台1固定，待抛光镜面22放置在主动支撑装置上，四棱柱状加工空间、主动支撑装置和待抛光镜面22的竖直中心轴线在一条直线上。所述主动支撑装置包括主动支撑机体24和力促动器23，力促动器23的个数为12个，均匀布置在主动支撑机体24上，通过力促进器23支撑待抛光镜面22。本案采用全浮动支撑的主动支撑装置可以避免加工时的局部应力过大等情况，可以更加方便地调整待抛光镜面22的位姿，更适合应用于光学加工***。
如图2所示，所述四个柔索驱动装置安装在顶部平台3的四个角上，通过收放四根柔索25控制动平台在Z轴方向上的平动。所述顶部平台3上设置有四个柔索导向孔26，四个柔索导向孔26分别位于四个滚子杆29的正上方；所述柔索驱动装置包括导杆10、驱动支撑平台6、动滑块11和丝杠螺母机构，导杆10通过导杆支撑架12固定在顶部平台3上，驱动支撑平台6和动滑块11均安装在导杆10上并可以相对导杆10往复移动，在驱动支撑平台6上安装有伺服电机4、减速器5和联轴器7；丝杠螺母机构包括固定螺母8和丝杠9，固定螺母8固定在顶部平台3上，丝杠9的一端通过联轴器7、减速器5和伺服电机4的输出端相连，丝杠9的另一端通过轴承27与动滑块11相连，柔索 25的一端与丝杠9固定连接，柔索25的另一端穿过对应的柔索导向孔26与正下方的滚子杆29连接。
所述带制动保持器的伺服电机4和减速器5通过所述联轴器7驱动所述丝杠9做旋转运动。因为所述固定螺母8是固定在所述顶部平台3上的，所以丝杠9既做旋转运动，又与所述带制动保持器的伺服电机4、减速器5、联轴器7、驱动平台6、轴承27、动滑块11作为一个整体沿着所述两个平行导轨10做平动；所述柔索25的一端固定在所述丝杠9上，因此，所述柔索25能够沿着螺纹缠绕在所述丝杠9上，且能够保证没有缠绕到所述丝杠9上的柔索部分能够保持相对于所述顶部平台3的位置不变，使得所述柔索25能够始终通过所述柔索导向孔26竖直提拉所述滚子杆29。
上述结构方案能够实现所述柔索25始终沿着所述丝杠9上的螺纹缠绕，保证每次缠绕的半径相同，因此可以保证所述丝杠9每转动一定角度，所述柔索25就会相应的上升一定的距离，这样可以保证控制的精度；所述柔索驱动装置分布在所述顶部平台3 四个角上，通过四根所述柔索25提拉所述动平台上的四个所述滚子杆29，实现了所述动平台在z轴方向上的平动；四个柔索驱动能够实现较大负载的提拉，且工作效率高；所述四个滚子杆29和四个滚子30配合在四个所述支撑柱2的四个T形槽内，一方面可以限制动平台的晃动，另一方面，由于滚子是柔性材料制成的，具有一定的容错性，可以实现在四个电机不是绝对同步的情况下仍能够顺利提拉动平台。
如图3所示，所述动平台包括Z轴滑台13，Z轴滑台13包括两个Z轴滑块21，每个Z轴滑块21上安装一根传动轴A35，两根传动轴A35位于同一水平面上且位置平行，并通过两根Y轴同步带14连接，其中一个Z轴滑块21上设置有Y轴伺服电机32、Y 轴减速器33和同步带轮A34，通过同步带轮A34驱动其中一根传动轴A35转动，通过Y轴同步带14带动另一根传动轴A35同步转动；两个Z轴滑块21之间通过两根Y轴导杆15固定，两根Y轴导杆15位于同一水平面上且位置平行，每根Y轴导杆15上安装有一个Y轴滑台31，两个Y轴滑台31分别与两根Y轴同步带14固定连接，通过Y 轴同步带14带动Y轴滑台31同步移动；每个Y轴滑台31上安装一根传动轴B，两根传动轴B位于同一水平面上且位置平行，并通过X轴同步带连接，其中一个Y轴滑台 31上设置有X轴伺服电机17、X轴减速器18和同步带轮B，通过同步带轮B驱动其中一根传动轴B转动，通过X轴同步带带动另一根传动轴B同步转动；两个Y轴滑台31 之间通过两根X轴导杆20固定，两个X轴导杆20位于同一水平面上且位置平行，每根X轴导杆20上安装一个X轴滑块。该方案使镜面抛光平台19在动平台上实现X方向和Y方向的平动，通过同步带的传动，可以实现较大负载的传动，同时也可以实现高精度的控制。
所述动平台对应四个支撑柱2的四个角位置各设置有一组滚子杆-滚子机构，同一组内的滚子30和滚子杆29安装在同一个安装轴上，滚子30位于外侧；支撑柱2沿Z 轴方向设置T型槽，滚子杆-滚子机构安装在T型槽内，并能够沿T型槽往复移动；四根柔索25各自连接一个滚子，通过四个柔索驱动装置控制柔索25的收放控制动平台在 Z轴方向上的移动。
如图4所示，所述镜面抛光设备包括离子束发射器36、镜面抛光平台19和调整机构，离子束发射器36通过调整机构安装在镜面抛光平台19的下方，通过调整机构调节离子束发射器36的发射角度；镜面抛光平台19的上表面与两个X轴滑块固定，同时与 X轴同步带固定连接，通过X轴同步带带动镜面抛光平台19同步移动；所述调整机构包括一根定长杆37和两根电动推杆39，在镜面抛光平台19的下表面均匀布置有三个球铰40，在离子束发射器36的周侧均匀布置有三个销座，一根定长杆37和两根电动推杆 39的上端分别与三个球铰40连接，一根定长杆37和两根电动推杆39的下端分别通过销轴38与三个销座连接。离子束发射器36通过三个销钉38构成的转动副分别与一个定长杆37和两个电动推杆39连接；所述定长杆37和两个电动推杆通过三个球铰与镜面抛光平台19连接；上述结构方案，构成了一个并联机构，实现了离子束发射器36的两个自由度的转动，能够通过调整离子束发射器36的位置，使离子束发射器36相对于待加工镜面22上的任意一点的入射角度始终保持最大工作效率的角度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光学镜面抛光设备，其特征在于：包括机体、主动支撑装置、四个柔索驱动装置、动平台和镜面抛光设备；
所述机体包括底部平台(1)、四个支撑柱(2)和一个顶部平台(3)，四个支撑柱(2)支撑在底部平台(1)和顶部平台(3)的四个角之间，形成以Z轴为竖直高度方向的四棱柱状加工空间；
所述主动支撑装置设置在四棱柱状加工空间内，并与底部平台(1)固定，待抛光镜面(22)放置在主动支撑装置上，四棱柱状加工空间、主动支撑装置和待抛光镜面(22)的竖直中心轴线在一条直线上；
所述四个柔索驱动装置安装在顶部平台(3)的四个角上，通过收放四根柔索(25)控制动平台在Z轴方向上的平动；
所述动平台包括Z轴滑台(13)，Z轴滑台(13)包括两个Z轴滑块(21)，每个Z轴滑块(21)上安装一根传动轴A(35)，两根传动轴A(35)位于同一水平面上且位置平行，并通过两根Y轴同步带(14)连接，其中一个Z轴滑块(21)上设置有Y轴伺服电机(32)、Y轴减速器(33)和同步带轮A(34)，通过同步带轮A(34)驱动其中一根传动轴A(35)转动，通过Y轴同步带(14)带动另一根传动轴A(35)同步转动；两个Z轴滑块(21)之间通过两根Y轴导杆(15)固定，两根Y轴导杆(15)位于同一水平面上且位置平行，每根Y轴导杆(15)上安装有一个Y轴滑台(31)，两个Y轴滑台(31)分别与两根Y轴同步带(14)固定连接，通过Y轴同步带(14)带动Y轴滑台(31)同步移动；每个Y轴滑台(31)上安装一根传动轴B，两根传动轴B位于同一水平面上且位置平行，并通过X轴同步带连接，其中一个Y轴滑台(31)上设置有X轴伺服电机(17)、X轴减速器(18)和同步带轮B，通过同步带轮B驱动其中一根传动轴B转动，通过X轴同步带带动另一根传动轴B同步转动；两个Y轴滑台(31)之间通过两根X轴导杆(20)固定，两个X轴导杆(20)位于同一水平面上且位置平行，每根X轴导杆(20)上安装一个X轴滑块；
所述镜面抛光设备包括离子束发射器(36)、镜面抛光平台(19)和调整机构，离子束发射器(36)通过调整机构安装在镜面抛光平台(19)的下方，通过调整机构调节离子束发射器(36)的发射角度；镜面抛光平台(19)的上表面与两个X轴滑块固定，同时与X轴同步带固定连接，通过X轴同步带带动镜面抛光平台(19)同步移动。
2.根据权利要求1所述的光学镜面抛光设备，其特征在于：所述调整机构包括一根定长杆(37)和两根电动推杆(39)，在镜面抛光平台(19)的下表面均匀布置有三个球铰(40)，在离子束发射器(36)的周侧均匀布置有三个销座，一根定长杆(37)和两根电动推杆(39)的上端分别与三个球铰(40)连接，一根定长杆(37)和两根电动推杆(39)的下端分别通过销轴(38)与三个销座连接。
3.根据权利要求1所述的光学镜面抛光设备，其特征在于：所述动平台对应四个支撑柱(2)的四个角位置各设置有一组滚子杆-滚子机构，同一组内的滚子(30)和滚子杆(29)安装在同一个安装轴上，滚子(30)位于外侧；支撑柱(2)沿Z轴方向设置T型槽，滚子杆-滚子机构安装在T型槽内，并能够沿T型槽往复移动；四根柔索(25)各自连接一个滚子，通过四个柔索驱动装置控制柔索(25)的收放控制动平台在Z轴方向上的移动。
4.根据权利要求1所述的光学镜面抛光设备，其特征在于：所述顶部平台(3)上设置有四个柔索导向孔(26)，四个柔索导向孔(26)分别位于四个滚子杆(29)的正上方；所述柔索驱动装置包括导杆(10)、驱动支撑平台(6)、动滑块(11)和丝杠螺母机构，导杆(10)通过导杆支撑架(12)固定在顶部平台(3)上，驱动支撑平台(6)和动滑块(11)均安装在导杆(10)上并可以相对导杆(10)往复移动，在驱动支撑平台(6)上安装有伺服电机(4)、减速器(5)和联轴器(7)；丝杠螺母机构包括固定螺母(8)和丝杠(9)，固定螺母(8)固定在顶部平台(3)上，丝杠(9)的一端通过联轴器(7)、减速器(5)和伺服电机(4)的输出端相连，丝杠(9)的另一端通过轴承(27)与动滑块(11)相连，柔索(25)的一端与丝杠(9)固定连接，柔索(25)的另一端穿过对应的柔索导向孔(26)与正下方的滚子杆(29)连接。
5.根据权利要求1所述的光学镜面抛光设备，其特征在于：所述主动支撑装置包括主动支撑机体(24)和力促动器(23)，力促动器(23)的个数为3的整数倍，采用Hindle/Whiffletree型多点支撑方式布置在主动支撑机体(24)上，通过力促进器(23)支撑待抛光镜面(22)。
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