CN102172866B - 一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置 - Google Patents
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Abstract
一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，涉及一种光学元件抛光装置。设有连接轴、底座、密封筒、磁流变装置盘、磁流变液、橡胶薄膜、嵌入式控制装置以及夹爪；连接轴一端固定在底座上表面，底座下表面设有夹爪固定槽，密封筒固定在底座下表面，磁流变装置盘、磁流变液和橡胶薄膜设在密封筒内，所述区域磁场调节装置固定在磁流变装置盘内，所述磁流变装置盘底面中心设有小孔，所述小孔与底座中心的导线通孔连接，区域磁场调节装置内连接线圈的导线及微型电机动力线穿过小孔和底座上的导线通孔与嵌入式控制装置连接，磁流变装置盘与密封筒底的橡胶薄膜密封一层磁流变液。可实现工件表面面形误差迅速收敛。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件抛光装置，尤其是涉及一种局部压力可控的大口径平面光学元件抛光装置。
背景技术
现代科学技术的不断发展对超精密表面的需求越来越多，所谓高精度表面通常是指精度为0.3～0.03μm的表面，与之相应的加工技术就称为高精度表面加工技术。目前，许多大型系统需要大量的大口径高精度平面光学元件就需要此类技术进行加工。在大口径高精度平面光学元件的加工中，抛光是一种非常重要的技术，但目前它还存在着一些问题，例如对操作者的经验依赖太强，加工效率不高，加工质量不稳定等。如何使高精度大口径平面元件实现高效批量化加工，是摆在光学制造领域的一个重要课题，也是对目前光学制造领域的一次严峻挑战。(参见文献：朱海波，“大口径平面元件的数控抛光技术研究，”[D].工学硕士学位论文，四川大学)
基于提高大口径光学表面面形精度和粗糙度的抛光加工技术目前还存在着上述问题，工件所受的抛光压强是影响抛光质量的重要因素。在一般抛光过程中，只是对工件施加一个负载以提供抛光压强，如中国专利CN2715915公开的环抛光机磨盘调平传力装置。由于工件表面形貌存在凸凹不平的情况，以及抛光过程中工件边缘应力突变的影响，在抛光过程中需要根据实际情况，对工件背面施加一个非均匀的压强分布，以保证抛光精度。
发明内容
本发明的目的在于针对大口径光学元件抛光过程中工件表面存在凹凸不平以及抛光过程中工件边缘应力突变影响最终加工精度的情况，提供一种可实现工件表面面形误差迅速收敛的局部压力可控的平面光学元件抛光装置。
本发明设有连接轴、底座、密封筒、磁流变装置盘、磁流变液、橡胶薄膜、嵌入式控制装置以及夹爪；连接轴一端固定在底座上表面，连接轴另一端可与机床抛光旋转轴连接，底座下表面设有4个夹爪固定槽，每个夹爪固定槽上设有用于固定夹爪的螺纹孔，密封筒固定在底座下表面，磁流变装置盘、磁流变液和橡胶薄膜设在密封筒内，所述区域磁场调节装置固定在磁流变装置盘内，每个区域磁场调节装置设有支座、隔磁套、磁芯对、线圈、丝杆组 和微型电机，调节区域磁场调节装置内的线圈电流通断、线圈电流大小以及磁芯对间距离都可以改变相应区域内磁场的强度，区域磁场调节装置布满整个磁流变装置盘以保证磁流变装置盘下方任何区域的磁场皆可控，所述磁流变装置盘底面中心设有小孔，所述小孔与底座中心的导线通孔连接，区域磁场调节装置内连接线圈的导线及微型电机动力线穿过小孔和底座上的导线通孔与嵌入式控制装置连接，磁流变装置盘与密封筒底的橡胶薄膜密封一层磁流变液。抛光时，工件在夹爪的作用下工件背面紧贴橡胶薄膜。
所述连接轴一端通过键连接固定在底座上表面。
所述夹爪可采用方状夹爪或圆环状夹爪等。
所述密封筒通过螺纹连接固定在底座的下表面。
所述区域磁场调节装置，最好设有环状排列的至少2个区域磁场调节装置。
所述磁流变装置盘与密封筒形状配合，
所述区域磁场调节装置通过螺栓连接固定在磁流变装置盘内。
本发明利用磁流变液在磁场作用下可以产生缎带凸起的原理，用嵌入式控制装置控制磁流变装置盘中各个区域的区域磁场调节装置内的线圈电流通断、线圈电流大小以及磁芯对间距离，改变磁流变装置盘下方各个区域的磁场，使得磁流变液在磁场作用下形成位置、形状以及压力可控的缎带凸起对紧贴工件背面的橡胶薄膜局部形成挤压，采取控制工件背面压力不均匀分布以保证工件局部去除率不均匀的抛光策略，实现对平面抛光过程中工件背面局部压力的控制。因此本发明具有以下突出优点：
1)局部压力可控
利用磁流变液在磁场作用下可以产生缎带凸起的原理，用嵌入式控制装置控制磁流变装置盘中各个区域的区域磁场调节装置内的线圈电流通断、线圈电流大小以及磁芯对间距离，改变磁流变装置盘下方各个区域的磁场，使得磁流变液在磁场作用下形成位置、形状以及压力可控的缎带凸起对紧贴工件背面的橡胶薄膜局部形成挤压，实现对工件背面局部压力的控制。
2)控制精确度高、稳定性好
通过嵌入式控制装置控制磁流变装置盘利用磁流变效应在局部产生位置、形状以及压力可控的缎带凸起来控制工件背面局部的压力，精确度高，用直流电来形成磁场，稳定性好。
3)结构操作操作、简单
可以通过连接轴实现该抛光装置与抛光机床的连接，操作简单、方便。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构组成示意图。
图2为本发明实施例的工作原理示意图。
图3为本发明实施例的区域磁场调节装置的排列图。
图4为本发明实施例的区域磁场调节装置结构示意图。
以下给出图中主要配件标记：
1、抛光盘，2、抛光垫，3、工件，4、平面抛光夹具，5、橡胶薄膜，6、磁流变液，7、磁流变装置盘，8、夹爪，9、密封筒，10、底座，11、连接轴，12、嵌入式控制装置，13、导线通孔，14、区域磁场调节装置，16、支座，17、隔磁套，18、磁芯对，19、线圈，20、丝杆组，21、微型电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
参见图1～4，本发明实施例设有连接轴11、底座10、密封筒9、磁流变装置盘7、磁流变液6、橡胶薄膜5、嵌入式控制装置12以及夹爪8；连接轴11一端通过键连接固定在底座10上表面，另一端可与平面抛光机床的旋转轴连接，底座10下表面设有4个夹爪固定槽，每个夹爪固定槽上有2个螺纹孔，用于固定夹爪8，夹爪8可根据工件3的形状分为方状或者圆环状，密封筒9通过螺纹连接固定在底座10的下表面，密封筒9中有磁流变装置盘7、磁流变液6和橡胶薄膜5，磁流变装置盘7内有环状排列的若干区域磁场调节装置14，区域磁场调节装置14通过螺栓连接固定在磁流变装置盘7上，每个区域磁场调节装置14由支座16、隔磁套17、磁芯对18、线圈19、丝杆组20和微型电机21构成，调节区域磁场调节装置14内的线圈19电流通断、线圈19电流大小以及磁芯对18间距离都可以改变相应区域内磁场的强度，区域磁场调节装置14布满整个磁流变装置盘7以保证磁流变装置盘7下方任何区域的磁场皆可控，连接线圈19的导线以及控制微型电机21的动力线穿过磁流变装置盘7中心的小孔以及底座10上的导线通孔13与嵌入式控制装置12连接，磁流变装置盘7与密封筒9底的橡胶薄膜5密封一层磁流变液6。工件3通过夹爪8的作用贴在橡胶薄膜5上，夹爪8工作时，先将夹爪8上部引入底座10上的夹爪固定槽，然后用带帽螺钉将夹爪8固定在底座10上。
按图2所示抛光原理抛光，工件3在平面抛光夹具4的带动下在抛光垫2上做自转运动，同时抛光盘3本身也做旋转运动以此来对工件表面进行抛光。用夹爪8给工件3定位后，由于工件3表面存在凹凸不平的状况以及抛光过程边缘应力的影响，要让工件3面形误差迅速收敛，采取对工件3背面施加不均匀压力使得工件3局部去除率不均匀的抛光策略，比如让 工件3表面越凸的地方承受越大压力，以增加去除量，根据测量的工件3面形图确定需要加压的位置以及大小后，根据磁流变效应的原理，磁流变液6在磁场力作用下形成缎带凸起，缎带凸起的位置、形状和压力皆可通过控制嵌入式控制装置12的信号调节线圈19的电流通断、大小或者控制微型电机21带动丝杆组20调节磁芯对18间的距离改变磁流变装置盘7下方各个区域的磁场来控制，缎带凸起形成后，对橡胶薄膜5的局部形成挤压，压力通过橡胶薄膜5传递到工件3背面，形成不均匀的压力分布，在不均匀压力的控制下，工件3表面各个区域的去除率也不均匀，从而改变工件3表面凹凸不平的状况，使工件3面形误差迅速收敛。
Claims (7)
1.一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于设有连接轴、底座、密封筒、磁流变装置盘、磁流变液、橡胶薄膜、嵌入式控制装置以及夹爪；连接轴一端固定在底座上表面，连接轴另一端可与机床抛光旋转轴连接；底座下表面设有4个夹爪固定槽，每个夹爪固定槽上设有用于固定夹爪的螺纹孔；密封筒固定在底座下表面，磁流变装置盘、磁流变液和橡胶薄膜设在密封筒内，区域磁场调节装置固定在磁流变装置盘内；每个区域磁场调节装置设有支座、隔磁套、磁芯对、线圈、丝杆组和微型电机；所述磁流变装置盘底面中心设有小孔，所述小孔与底座中心的导线通孔连接，区域磁场调节装置内连接线圈的导线及微型电机动力线穿过小孔和底座上的导线通孔与嵌入式控制装置连接，磁流变装置盘与密封筒底的橡胶薄膜密封一层磁流变液。
2.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述连接轴一端通过键连接固定在底座上表面。
3.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述夹爪为方状夹爪或圆环状夹爪。
4.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述密封筒通过螺纹连接固定在底座的下表面。
5.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述区域磁场调节装置设有环状排列的至少2个。
6.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述磁流变装置盘与密封筒形状配合。
7.如权利要求1所述的一种局部压力可控的平面光学元件抛光装置，其特征在于所述区域磁场调节装置通过螺栓连接固定在磁流变装置盘内。
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