CN107498424A - 一种热控式自适应抛光磨头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热控式自适应抛光磨头，包括法兰基座、安装在法兰基座上用于产生热能的加热单元、位于加热单元上且用于控制加热单元温度的热控单元、与加热单元接触传热的抛光层，加热单元与抛光层同心设置，热控单元通过控制加热单元产生的热能调节抛光层的硬度。热控式自适应抛光磨头可有效增加硬质抛光模与非球面的接触面积，尤其适合大偏离度非球面预抛光加工的中频误差控制，为加工高精度、大偏离度非球面光学零件提供了有效方案。

Description

一种热控式自适应抛光磨头

技术领域

本发明涉及光学冷加工技术领域，特别涉及一种热控式自适应抛光磨头。

背景技术

非球面光学零件具有简化系统、改善像质、减小系统的外尺寸及重量等特点，因此非球面光学零件的制造需求很大。由于非球面具有唯一光轴，同时非球面上各点曲率半径存在明显差异，因此普通球面抛光工艺无法解决非球面预抛光加工问题，目前多采用小磨头抛光工艺进行非球面预抛光，加工效率低下，加工成本高昂。同时，小磨头预抛光非球面残留中频误差较大，在对非球面中频误差要求极严格的情况下难以获得满足系统要求的非球面加工结果，例如在高NA光刻物镜光学系统中，高精度非球面光学零件通常具有偏离度大于1mm、梯度大于3°等特征，非球面中频指标需优于0.5nmRMS，显著增加了制造难度，普通小磨头预抛光难以满足上述加工需求。非球面光学零件的制造中，非球面预抛光中频误差质量控制尤其重要，去除非球面中频误差的基本原理与球面慢抛相似，需要寻找一种抛光模硬度较高、去除率较低及面形匹配能力较好的抛光磨头，其中抛光模硬度高与面形匹配能力较好这两种需求构成矛盾。由于非球面具有变化的曲率半径，普通硬度高的磨头无法实现在较大相对面积上与非球面保持良好的接触，因此中频误差控制能力明显下降。

在中国专利中，申请号为201310034268.2的中国专利公开了一项名为“一种双柔性自适应抛光磨头”的技术方案，该方案所述的抛光磨头采用柔性层作为抛光模与非球面贴合的变形层，实现了一种非球面柔性自适应抛光磨头。该方案的局限在于柔性层伸缩量较小，在抛光偏离量较大的非球面时存在伸缩量不足的问题，而在申请号为201510562614.3的中国专利公开了一项名为“一种自适应抛光磨头”的技术方案，该方案所述的抛光磨头利用多个弹性小磨头实现面形自适应功能，子磨头单元与非球面接触面积较小，加工中将不利于非球面中频面形的快速收敛，在申请号为201510450069.9的中国专利公开的“一种内联式多气缸自适应抛光磨头”所述技术方案，同样具有子磨头单元与非球面接触面积较小的局限。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种热控式自适应抛光磨头。

一种热控式自适应抛光磨头，包括法兰基座、安装在所述法兰基座上用于产生热能的加热单元、位于所述加热单元上且用于控制所述加热单元温度的热控单元、与所述加热单元接触传热的抛光层，所述加热单元与所述抛光层同心设置，所述热控单元通过控制所述加热单元产生的热能调节所述抛光层的硬度。

可选地，所述加热单元包括加热片、电插头、加热板电线和热场匀化片，所述热场匀化片为双层结构，所述双层结构之间夹持所述加热片，以使得所述热场匀化片受热均匀。

可选地，所述热控单元还包括热控信号传输电缆、加热板电线、热感应电线、温度传感器及导电滑环；所述热控信号传输电缆的一端与所述热控单元连接，所述热控信号传输电缆的另一端与所述导电滑环连接；所述热感应电线的一端与所述导电滑环连接，所述热感应电线的另一端与所述温度传感器连接；所述加热板电线的一端与所述导电滑环连接，所述加热板电线的另一端与所述加热片连接；所述温度传感器位于所述加热片中，所述温度传感器将采集的温度信息通过所述热感应电线传输到热控单元，所述热控单元根据所述温度信息控制所述加热片工作。

可选地，所述热场匀化片与所述法兰基座之间间隔设置有隔热片，所述隔热片将所述热场匀化片和所述法兰基座隔开。

可选地，所述抛光层具有弧形的加工区，所述加工区与所述热场匀化片贴合。

可选地，所述法兰基座具有环形凹槽，所述抛光层的一端嵌套在所述环形凹槽中，所述加热片及热场匀化片容纳于所述环形凹槽中。

可选地，其特征在于，所述抛光层为沥青抛光模。

可选地，所述法兰基座、所述导电滑环、所述隔热片、所述热场匀化片以及所述加热片使用紧固螺栓同心装配。

可选地，所述法兰基座和所述热场匀化片采用不锈钢或硬铝材料，所述温度传感器采用热敏电阻。

可选地，所述热控单元采用手持式潜入式系统模块或利用加工设备整机控制系统实现。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

热控式自适应抛光磨头可有效增加硬质抛光模与非球面的接触面积，尤其适合大偏离度非球面预抛光加工的中频误差控制，为加工高精度、大偏离度非球面光学零件提供了一种有效方案。

附图说明

图1是本发明中热控式自适应抛光磨头一种实施例的结构图。

热控单元1、热控信号传输电缆2、电插头3、导电滑环4、加热板电线5、热感应电线6、法兰基座7、沥青抛光模8、温度传感器9、加热片10、热场匀化片11、隔热片12。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，本发明的热控式自适应抛光磨头一种实施例，包括法兰基座、安装在所述法兰基座上用于产生热能的加热单元、位于所述加热单元上且用于控制所述加热单元温度的热控单元1、与所述加热单元接触传热的抛光层，所述加热单元与所述抛光层同心设置，所述热控单元1通过控制所述加热单元产生的热能调节所述抛光层的硬度。

可选地，所述加热单元包括加热片10、电插头3、加热板电线5和热场匀化片11，加热单元利用温度传感器9监测温度。所述热场匀化片为双层结构，所述双层结构之间夹持所述加热片10，以使得所述热场匀化片受热均匀。

可选地，所述热控单元1还包括热控信号传输电缆2、加热板电线5、热感应电线6、温度传感器9及导电滑环4，所述热控信号传输电缆2一端与所述热控单元1连接，所述热控信号传输电缆2另一端与所述导电滑环4连接，所述热感应电线6一端与所述导电滑环4连接，所述热感应电线6另一端与所述温度传感器9连接，所述加热板电线5一端与所述导电滑环4连接，所述加热板电线5另一端与所述加热片10连接，所述温度传感器9位于所述加热片10中，所述温度传感器9将采集的温度信息通过所述热感应电线6传输到热控单元1，所述热控单元1根据所述温度信息控制所述加热片10工作。

温度控制的流程可以是这样的，温度传感器9采集加热片10的温度并通过热感应电线6将温度信息传输到导电滑环4，经由导电滑环4和热控信号传输电缆2将温度信息传输至热控单元1，热控单元1根据温度信息决定是否需要控制加热片10升温或降温，将控制信号通过热控信号传输电缆2经由导电滑环4和加热板电线5将控制信息传给加热片10，例如需要增温时热控信号需要控制加热片10提升功率，以及需要降温时控制加热片10降低功率，对此本领域普通技术人员应当了解，此处不进行赘述。

可选地，所述热场匀化片11与所述法兰基座7之间间隔设置有隔热片12，所述隔热片12将所述热场匀化片11和所述法兰基座7隔开，避免高温对法兰基座7造成损坏，延长设备的使用寿命。

可选地，所述抛光层具有弧形的加工区，所述加工区与所述热场匀化片贴合，加工区与热场匀化片11贴合可以更好地传递热量，使得加工区以至整个抛光层受热均匀，提升热能传递效率。

可选地，所述法兰基座7具有环形凹槽，所述抛光层的一端嵌套在所述环形凹槽中，所述加热片10及热场匀化片11容纳于所述环形凹槽中。

可选地，其特征在于，所述抛光层为沥青抛光模，热控单元1可以通过对温度传感器9的温度反馈控制加热单元温度，由于沥青材料的硬度随着温度的升高而降低，因此控制沥青抛光模8内部温度可以实现沥青抛光模8内部硬度的调整。由于沥青抛光模8内部温度明显高于外部温度，因此沥青抛光模8与非球面接触部分温度最低、硬度最大，形成了一层可变形的接触硬壳，既能保持沥青抛光模8常温下的硬度，又能提高沥青抛光模8整体与非球面的贴合度，有利于实现非球面的高效面形加工。

结合图1所示，所述的法兰基座7及热场匀化片11可采用不锈钢或者硬铝等不易生锈的金属材质，加热片10可采用电阻丝网，温度传感器9可采用热敏电阻，热控单元1可采用手持式潜入式系统模块实现，热控单元1也可采用加工设备整机控制系统实现。

可选地，法兰基座7、导电滑环4、隔热片12、热场匀化片11和加热片10使用紧固螺栓同心装配，法兰基座7用于连接磨头转轴，导电滑环4用于实现旋转部件电信号的传输，隔热片12用于阻隔磨头内部温度外扩，热场匀化片11用于平均加热片10的热场分布，加热片10用于提供磨头内部热源。

热控式自适应抛光磨头可有效增加硬质抛光模与非球面的接触面积，尤其适合大偏离度非球面预抛光加工的中频误差控制，为加工高精度、大偏离度非球面光学零件提供了有效方案。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种热控式自适应抛光磨头进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种热控式自适应抛光磨头，其特征在于，包括法兰基座、安装在所述法兰基座上用于产生热能的加热单元、位于所述加热单元上且用于控制所述加热单元温度的热控单元、与所述加热单元接触传热的抛光层，所述加热单元与所述抛光层同心设置，所述热控单元通过控制所述加热单元产生的热能调节所述抛光层的硬度。

2.根据权利要求1所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述加热单元包括加热片、电插头、加热板电线和热场匀化片，所述热场匀化片为双层结构，所述双层结构之间夹持所述加热片，以使得所述热场匀化片受热均匀。

3.所述权利要求2所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述热控单元还包括热控信号传输电缆、加热板电线、热感应电线、温度传感器及导电滑环；所述热控信号传输电缆的一端与所述热控单元连接，所述热控信号传输电缆的另一端与所述导电滑环连接，所述热感应电线的一端与所述导电滑环连接，所述热感应电线的另一端与所述温度传感器连接；所述加热板电线的一端与所述导电滑环连接，所述加热板电线的另一端与所述加热片连接；所述温度传感器位于所述加热片中，所述温度传感器将采集的温度信息通过所述热感应电线传输到热控单元，所述热控单元根据所述温度信息控制所述加热片工作。

4.根据权利要求3所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述热场匀化片与所述法兰基座之间间隔设置有隔热片，所述隔热片将所述热场匀化片和所述法兰基座隔开。

5.根据权利要求4所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述抛光层具有弧形的加工区，所述加工区与所述热场匀化片贴合。

6.根据权利要求5所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述法兰基座具有环形凹槽，所述抛光层的一端嵌套在所述环形凹槽中，所述加热片及热场匀化片容纳于所述环形凹槽中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述抛光层为沥青抛光模。

8.根据权利要求2所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述法兰基座、所述导电滑环、所述隔热片、所述热场匀化片以及所述加热片使用紧固螺栓同心装配。

9.根据权利要求2或8所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述法兰基座和所述热场匀化片采用不锈钢或硬铝材料，所述温度传感器采用热敏电阻。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热控式自适应抛光磨头，其特征在于，所述热控单元采用手持式潜入式系统模块或利用加工设备整机控制系统实现。