CN102794718B - 柔性被动适应型光顺盘及其柔性夹层和柔性被动适应型光顺盘的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性被动适应型光顺盘，包括底盘（2）和抛光胶（6），底盘（2）上固接有连接法兰（1），连接法兰（1）活动连接有可与机床相连的球头轴（7），底盘（2）下方通过隔离膜（5）包裹有柔性夹层（4），抛光胶（6）布置在隔离膜（5）底部；柔性夹层（4）主要由硼酸、二甲基硅油按照配比在一定温度下加热反应制得；操作时先安装光顺盘，再按照一定的转速和加工路径进行加工即可。本发明具有控制简单、成本低、转速快、光顺效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及到计算机控制抛光装置领域，尤其涉及到大口径、高陡度非球面加工中所需的柔性被动适应型光顺盘。
背景技术
现代光学加工对镜面面形的低中高频误差都提出了严格的要求，而传统的CCOS加工技术在对低频误差进行修正的同时极易引入大量的中高频成分。传统的光顺工具是一个和被加工工件大小相近的胶盘，也称沥青盘，然而这种整体式的胶盘对大口径、高陡度的镜面光顺几乎无能为力。美国亚利桑那州立大学使用主动应力盘技术光顺大镜，该种主动应力盘技术光顺大镜底盘上均布12个着力点，每个点连接有钢丝绳，使用12个电机拉扯钢丝绳，使之变形，国内成都光电技术研究所也研究了这种应力盘，并取得了一些实验结果，但是这种光顺盘控制复杂，成本高，转速很慢，光顺效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种控制简单、成本低、转速快、光顺效率高的柔性被动适应型光顺盘。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种柔性被动适应型光顺盘，包括底盘和抛光胶，所述底盘上固接有连接法兰，所述连接法兰活动连接有可与机床相连的球头轴，所述底盘下方通过隔离膜包裹有柔性夹层，所述抛光胶布置在隔离膜底部。
上述柔性被动适应型光顺盘中，优选的，所述连接法兰上方中部开有沉孔，所述沉孔内放置有球头轴端部的球头，所述球头上开设有小孔，所述小孔内穿设有销钉，且所述销钉两端置于沉孔两侧开设的方形槽内。
上述柔性被动适应型光顺盘中，优选的，所述底盘上表面中部开有凹槽，所述连接法兰的底部设有与凹槽配合实现定位的伸出部。
上述柔性被动适应型光顺盘中，优选的，所述底盘下表面为球面，所述球面的曲率半径与待加工的非球面镜面的最接近球面半径相同，所述底盘的长径比（长表示底盘的厚度，径表示底盘的直径）介于1∶20～1∶30之间，所述底盘的直径不小于非球面镜面的直径（或口径）的1/3。
上述柔性被动适应型光顺盘中，优选的，所述隔离膜通过压环固定在所述底盘上。
上述柔性被动适应型光顺盘中，优选的，所述抛光胶形状包括圆形、环形或者多边形。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述柔性被动适应型光顺盘中所用柔性夹层材料，所述柔性夹层主要由硼酸、二甲基硅油按照1∶2.5～1∶5的比例在220℃～280℃条件下加热2～3小时反应得到。
上述柔性夹层中，优选的，所述柔性夹层为粘弹性材料，在相同频率的外部载荷作用下，所述柔性夹层的动态弹性模量为光顺盘用抛光胶的动态弹性模量的1/50～1/20。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述柔性被动适应型光顺盘的操作方法，包括以下步骤：
（1）安装设备：将所述柔性被动适应型光顺盘安装好，并将所述柔性被动适应型光顺盘上的球头轴与机床相连；
（2）光顺加工：开启机床，进行光顺工作，所述柔性被动适应型光顺盘在自转的同时沿非球面镜面的半径来回进给，同时非球面镜面在转台上旋转，所述柔性被动适应型光顺盘的转速控制在60rpm以下，非球面镜面的转速控制在30rpm以下，所述光顺盘和非球面镜面的转速方向相同或者相反。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明柔性被动适应型光顺盘的直径较大，光顺效率高，从而实现了大口径、高陡度非球面等复杂面形的光顺加工；本发明通过增加相对较软的柔性夹层来被动适应光学镜面面形，通过相对较硬的抛光胶去除中高频误差，可以在光顺的同时尽量保护低频面形；而球铰连接、最接近球面的底盘可以最大程度保证光顺盘和镜面面形的贴合；此外，本发明还提出了一种制备柔性夹层材料的方法，实验证明简易可行；抛光胶布置成不同形状，如环形、多边形，可以控制不同环带的加工量。
附图说明
图1是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘的整体结构剖视图。
图2是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘采用圆形抛光胶的仰视图。
图3是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘的俯视图。
图4是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘采用环形抛光胶的仰视图。
图5是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘采用多边形抛光胶的仰视图。
图6是本发明实施例中柔性被动适应型光顺盘抛光过程示意图。
图例说明：
1、连接法兰；2、底盘；3、压环；4、柔性夹层；5、隔离膜；6、抛光胶；7、球头轴；8、销钉；9、方形槽；10、沉孔；11、螺纹连接孔；12、伸出部；13、螺钉连接孔；14、安装孔；15、侧安装孔；16、球头；17、非球面镜面：18、光顺盘。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
一种本发明的如图1～图3所示的柔性被动适应型光顺盘18，包括底盘2、连接法兰1和柔性夹层4。底盘2下表面为球面，球面的曲率半径与待加工的非球面镜面17的最接近球面半径相同，底盘2的长径比为1∶25，底盘2的直径为非球面镜面17的口径的1/3；底盘2上方连接有连接法兰1，连接法兰1上开设有沉头螺钉穿过的多个螺纹连接孔11，连接法兰1通过沉头螺钉固定在底盘2上表面。连接法兰1上方活动连接有可与机床相连的球头轴7，连接法兰1的上表面中部开有沉孔10，沉孔10内放置有球头轴7端部的球头16，球头16上开设有小孔，小孔内穿设有销钉8，且销钉8两端放置在沉孔10两侧开设的方形槽9内；球头轴7上设有与机床连接的安装孔14和侧安装孔15，且球头轴7可以相对连接法兰1在一定角度范围内旋转，并且可以在竖直面上平移，球头轴7和销钉8相互配合可以实现力和力矩的传递。为了减小倾覆力矩对加工的不利影响，应使沉孔10尽量深；此时，也能够使得柔性被动适应型光顺盘18尽可能适应非球面镜面17的面形。底盘2上表面中部开有定位槽，连接法兰1的下表面则设有与定位槽相配合的伸出部12，这样不仅便于连接法兰1的定位安装，而且有利于保证连接法兰1与底盘2的同轴度。底盘2下方通过隔离膜5包裹有柔性夹层4，隔离膜5通过压环3固定在底盘2上，底盘2的外缘沿圆周方向均匀布设8个螺钉连接孔13，其与隔离膜5和压环3的螺纹孔一一对应，以供固定隔离膜5和压环3的螺钉通过。抛光胶6间隔布置在隔离膜5底部。抛光胶6由很多小胶块组成，彼此之间留有缝隙，缝隙的宽度约为2mm左右，便于磨料流通；抛光胶6可根据实际抛光要求选择合理的形状，例如，图4所示的环形抛光胶对环带误差具有一定的修形能力，图5所示的多边形抛光胶对边缘效应的抑制作用比较明显。
本实施例中使用的柔性夹层4主要是通过硼酸、二甲基硅油、硅藻土等制备，具体方法包括以下步骤：首先按照1∶3的体积比准备硼酸和二甲基硅油，将硼酸加热至250℃，待其融化后混入二甲基硅油，继续在250℃条件下加热3小时（2～3小时均可），此时硼酸和二甲基硅油发生离子型聚合反应，生成聚合度较大的聚二甲基硅氧烷，最后加入适量填充剂硅藻土等得到具有低动态弹性模量的的柔性夹层4，其中，柔性夹层为粘弹性材料，在相同频率的外部载荷作用下，柔性夹层4的动态弹性模量为抛光胶6的动态弹性模量的1/50。
本实施例中的柔性被动适应型光顺盘，工作时如图6所示，具体操作步骤如下：
1、首先将连接法兰1和底盘2安装在一起，在底盘2底部均匀铺设一定厚度的柔性夹层4，柔性夹层4一面与底盘2直接贴合，其余面均被隔离膜5包裹，在隔离膜延伸端盖上压环3，拧上螺钉固定在底盘2上；
2、然后将制作好的小块抛光胶6按所需形状粘在隔离膜5表面，待粘接牢固后将所有胶块在非球面镜面17上贴合压平，最后将球头轴7端部的球头16置入沉孔10中，销钉8对准方形槽9压入；
3、将光顺盘18通过球头轴7与机床连接后，开动机床，机床通过球头轴7对整个光顺盘18施加一定的压力，此压力均匀分布在非球面镜面17上，光顺盘在设定程序的控制下按所需路径和速度运行，即可实现光顺目的。
工作时，光顺盘18在自转的同时沿非球面镜面17的半径来回进给，同时非球面镜面17在转台上旋转，光顺盘18的转速控制在60rpm以下（本实施例可设定为50rpm），非球面镜面17的转速控制在30rpm以下（本实施例可设定为27rpm），光顺盘18和非球面镜面17的转速方向相同（或者相反）。
Claims (8)
1.一种柔性被动适应型光顺盘，包括底盘（2）和抛光胶（6），其特征在于：所述底盘（2）上固接有连接法兰（1），所述连接法兰（1）活动连接有可与机床相连的球头轴（7），所述底盘（2）下方通过隔离膜（5）包裹有柔性夹层（4），所述抛光胶（6）布置在隔离膜（5）底部；
所述柔性夹层（4）主要由硼酸、二甲基硅油按照1∶2.5～1∶5的比例在220℃～280℃条件下加热2～3小时反应得到。
2.根据权利要求1所述的柔性被动适应型光顺盘，其特征在于：所述连接法兰（1）上方中部开有沉孔（10），所述沉孔（10）内放置有球头轴（7）端部的球头（16），所述球头（16）上开设有小孔，所述小孔内穿设有销钉（8），且所述销钉（8）两端置于沉孔（10）两侧开设的方形槽（9）内。
3.根据权利要求1所述的柔性被动适应型光顺盘，其特征在于：所述底盘（2）上表面中部开有凹槽，所述连接法兰（1）的底部设有与凹槽配合实现定位的伸出部（12）。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的柔性被动适应型光顺盘，其特征在于：所述底盘（2）下表面为球面，所述球面的曲率半径与待加工的非球面镜面（17）的最接近球面半径相同，所述底盘（2）的长径比介于1∶20～1∶30之间，所述底盘（2）的直径不小于非球面镜面（17）直径的1/3。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的柔性被动适应型光顺盘，其特征在于：所述隔离膜（5）通过压环（3）固定在所述底盘（2）上。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的柔性被动适应型光顺盘，其特征在于：所述抛光胶（6）形状包括圆形、环形或者多边形。
7.一种用于柔性被动适应型光顺盘中的柔性夹层，其特征在于：所述柔性夹层（4）主要由硼酸、二甲基硅油按照1∶2.5～1∶5的比例在220℃～280℃条件下加热2～3小时反应得到。
8.根据权利要求7所述的柔性夹层，其特征在于：所述柔性夹层（4）为粘弹性材料，在相同频率的外部载荷作用下，所述柔性夹层（4）的动态弹性模量为光顺盘用抛光胶的动态弹性模量的1/50～1/20。
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