CN102785145B - 基于控制腐蚀的气囊式研抛装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，主要解决了现有光学元件，尤其是非球面光学元件加工时成本较高，加工效率较低的问题。该基于控制腐蚀的气囊式研抛装置包括连接有气泵的气囊式抛光头，气囊式抛光头包括设置在抛光头主体上的气囊，还包括承载机构和腐蚀液储液槽，承载机构一侧用于承载被加工元件，本发明实现了非球面的整体研抛，而不是常用的环带修抛，把非球面的加工难度降低到了球面加工的水平；另外将化学腐蚀机理引入光学加工，并通过加热实现腐蚀速率的加快，显著提高了光学元件的材料去除水平，可完成大非球面度的铣磨工作，且实现了非球面铣磨与抛光在同一台机床上完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件加工装置，具体涉及一种适用于小口径、非球面光学元件快速研磨抛光的基于控制腐蚀的气囊式研抛装置。
背景技术
非球面光学元件具有矫正多种像差,改善成像质量,简化光学系统并扩大视场等诸多优点，在军用和民用领域众多的光电产品中已得到广泛应用。但非球面的加工仍然存在设备昂贵、精度低、效率低下的问题，严重制约了相关产业和科研项目的发展。
目前对于小口径非球面的光学加工，主要采用单点金刚石车削、数控铣磨、数控小磨头等技术，而这些技术对应的设备价格昂贵，并不适合非球面的普及加工。
发明内容
本发明提供一种基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，主要解决了现有光学元件，尤其是非球面光学元件加工时成本较高，加工效率较低的问题。
本发明的技术解决方案是：
该基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，包括连接有气泵的气囊式抛光头，气囊式抛光头包括设置在抛光头主体上的气囊，还包括承载机构和腐蚀液储液槽，承载机构一侧用于承载被加工元件，承载机构使被加工元件全部浸泡在腐蚀液储液槽内，承载机构另一侧与转轴固定连接；所述设置抛光头主体上的气囊内表面设置有用于生成稳定环带温度场的加热装置，加热装置与控制装置连接。
上述气囊式抛光头的气囊外表面上设置有抛光皮。
上述加热装置是设置在气囊外表面的环形电热丝。
上述控制装置包括工业PC和用于控制加热装置加热温度的温度控制装置。
上述抛光头主体远离被加工件一端设置有电机，另一端设置气囊，抛光头主体内设置有导电环和气泵管，导电环一端与控制装置电连接，另一端与控加热装置电连接。
本发明的优点是：
1、可实现小口径非球面光学元件的快速抛光。本发明实现了非球面的整体研抛，而不是常用的环带修抛，把非球面的加工难度降低到了球面加工的水平；另外将化学腐蚀机理引入光学加工，并通过加热实现腐蚀速率的加快，显著提高了光学元件的材料去除水平，可完成大非球面度的铣磨工作，且实现了非球面铣磨与抛光在同一台机床上完成。
2、成本低廉。目前用于小口径非球面光学元件的铣磨机、单点金刚石车床等先进机床价格昂贵。而该系统仅是常规的温度控制，把复杂精确的轨迹控制转化为相对低廉的温度控制。
3、与工件比较，采用相对大的整形气囊实现材料的均匀去除，对腐蚀产生的粗糙表面进行平滑。整形气囊的优点是不会产生象散和带差。
附图说明
图1是本发明研抛装置的工作原理图；
图2是本发明气囊研抛头结构示意图；
图3是本发明的电热丝布局及抛光皮形状示意图；
其中：1气囊式抛光头，2腐蚀液槽，3温控单片机，4计算机，5被加工工件，6气泵。1-1为抛光头主体，1-2为电机，1-3为连接温控单片机的导线，1-4为导电环，1-5为气囊，1-6为连接电热丝和导电环的导线，1-7为连接气泵的橡胶管。
具体实施方式
该发明基于化学腐蚀原理，通过温度场的施加实现腐蚀速率的提高及不同环带的材料去除；与非球面加工常用的子孔径原理不同，该发明为适形的抛光技术，如此则把非球面的加工难度降低到球面加工的难度；化学腐蚀会引起工件表面粗糙度变差，本发明加入气囊式的机械抛光装置，可以获得光滑表面。
本发明适合平面、球面及非球面光学元件的快速研磨和抛光。
该基于控制腐蚀的气囊式研抛装置包括气囊式抛光头1，安装在单轴机上的腐蚀液槽2、温控单片机3、计算机4、被加工工件5和气泵6组成。针对被加工工件不同的尺寸与形状，选择相应的气囊，安装在抛光头上，开动气泵6至所需压力，使气囊与工件接触良好。在腐蚀液槽2中倒入与被加工工件材料相匹配的腐蚀液。在气囊的内表面分布环形电热丝，外表面布置特殊形状抛光皮；在气囊式抛光头中引入电热丝实现所需的温度场，一次实现小口径非球面反射镜的整体材料去除；同时，机械抛光为气囊式，工具与工件面型可以很好贴合，且采用条形抛光皮，可以获得工件表面材料的均匀去除。
在温度场计算基础上，对电热丝进行加热与保持，确保生成稳定的环带温度场，该部分功能主要是通过温控单片机3完成的。工业计算机4提供面向加工者的操作界面，可以方便对温度场的计算及实时跟踪与控制。
参照图1与图2，工件5置于腐蚀液槽2中，安装固定好，5和2随单轴机转动。气囊式抛光头安装在单轴机摆架上。在腐蚀液槽2中倒入与被加工工件5相匹配的腐蚀液。应注意倒入腐蚀液容量，因为单轴机主轴转动过程中，腐蚀液在离心力作用下会向周边聚集，应确保槽2中间的腐蚀液能覆盖被加工工件。开动气泵至一定压力，使气囊与工件接触良好，启动电机1-2。依据工件的面型误差，计算出固定时间内所需的温度场分布，通过温控单片机对电热丝进行温度施加。如此温度平衡一段时间后，放出腐蚀液（可过滤循环使用），清洗并取下工件，可以进行面型检测。
参见图3，根据温度分析结果，在气囊内表面分布4条环形电热丝（根据误差状况，可更多），在气囊的外表面贴上特殊形状抛光皮，实现腐蚀表面的机械辅助平滑。
Claims (5)
1.一种基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，包括连接有气泵的气囊式抛光头，气囊式抛光头包括设置在抛光头主体上的气囊，其特征在于：还包括承载机构和腐蚀液储液槽，承载机构一侧用于承载被加工元件，承载机构使被加工元件全部浸泡在腐蚀液储液槽内，承载机构另一侧与转轴固定连接；所述设置抛光头主体上的气囊内表面设置有用于生成稳定环带温度场的加热装置，加热装置与控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，其特征在于：所述气囊式抛光头的气囊外表面上设置有抛光皮。
3.根据权利要求2所述的基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，其特征在于：所述加热装置是设置在气囊内表面的环形电热丝。
4.根据权利要求3所述的基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，其特征在于：所述控制装置包括工业PC和用于控制加热装置加热温度的温度控制装置。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于控制腐蚀的气囊式研抛装置，其特征在于：所述抛光头主体远离被加工件一端设置有电机，另一端设置气囊，抛光头主体内设置有导电环和气泵管，导电环一端与控制装置电连接，另一端与控制加热装置电连接。
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