CN108466131A - 一种光学元件加工设备 - Google Patents

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王建军
范松如
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Abstract

本发明涉及一种光学元件加工设备，其包括机架、主轴电机、研磨盘、摆轴、工件轴电机和粘接盘；所述主轴电机安装在所述机架下侧；所述研磨盘安装于所述主轴电机的动力输出轴；所述摆轴一端连接于所述机架一侧上端，另一端与所述工件轴电机匹配安装；所述粘接盘安装于所述工件轴电机的动力输出端；待加工零件一面粘接在所述粘接盘上，另一面与所述研磨盘接触；所述加工设备还包括电机控制器和变频器；所述工件轴电机电连接所述电机控制器并由所述电机控制器实时控制调节转速和方向；所述变频器电连接所述主轴电机。本发明构思合理合理、巧妙，能实时对零件面形进行研磨修整，研磨效率高，磨料利用率高，能有效控制面形且更容易加工出高精度面形。

Description

一种光学元件加工设备
技术领域
本发明涉及光学元件加工技术领域，具体涉及一种光学元件加工设备。
背景技术
传统光学加工是利用铁笔压在零件站接盘上，带动零件摆动，并通过铁笔给于一定的压力，零件和研磨盘之间产生压力和相对运动，从而实现对零件的研磨和抛光。
由于零件与研磨盘之间摩擦力的原因，零件(连接粘接盘)产生被动运动，且因为是相对同向运动(即同是顺时针或逆时针运动，由于主轴都是设定为逆时针运动，所以都为逆时针运动)，加上运动基本属于无约束运动(忽略铁笔和粘接盘之间的摩擦力)，从而进行零件的研磨；图中，粘接盘(带零件)在研磨盘的带动下，被动运动。
由于运动是被动的，造成研磨效率降低，加上粘接盘和研磨盘的转动方向属于自由转动，从而造成研磨料甩出研磨盘，磨料利用率大大降低。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明提出了一种结构设计合理、巧妙，能实时对零件面形进行研磨修整，研磨效率高，磨料利用率高，能有效控制面形且更容易加工出高精度面形的光学元件加工设备。
本发明的技术方案如下：
上述的光学元件加工设备，包括机架、主轴电机、研磨盘、摆轴、工件轴电机和粘接盘；所述主轴电机安装在所述机架下侧；所述研磨盘安装于所述主轴电机的动力输出轴；所述摆轴一端连接于所述机架一侧上部，另一端与所述工件轴电机匹配安装；所述粘接盘安装于所述工件轴电机的动力输出端；待加工零件一面粘接在所述粘接盘上，另一面与所述研磨盘接触；所述加工设备还包括电机控制器和变频器；所述工件轴电机电连接所述电机控制器并由所述电机控制器实时控制调节转速和方向；所述变频器电连接所述主轴电机；所述主轴电机的动力输出轴向所述机架上方穿出且穿出端固定连接于所述研磨盘的底部中央；所述工件轴电机的动力输出端连接有联动轴并通过所述联动轴与所述粘接盘的顶部固定连接；所述粘接盘与所述研磨盘在水平方向上下保持平行；待加工零件一面粘接于所述粘接盘的底面，另一面与所述研磨盘的顶面接触；所述摆轴一端是通过高度调节机构与所述机架一侧上端连接。
所述光学元件加工设备，其中：所述高度调节机构包括横向支板、纵向调节螺套、纵向调节螺纹管、纵向调节螺杆、锁紧螺母和支板纵向调节杆；所述支板纵向调节杆的下端伸入所述机架一侧上端内部并设有一段螺纹，所述支板纵向调节杆的上端与所述横向支板一端固定连接；同时，所述支板纵向调节杆的上端还向所述横向支板一端上方穿出且穿出端与所述摆轴一端铰接；所述纵向调节螺套通过螺纹匹配连接在位于所述横向支板的底部与所述纵杆的顶部之间的所述支板纵向调节杆的下端杆体上，所述纵向调节螺套的顶端顶紧于所述横向支板的底部；所述纵向调节螺纹管纵向穿过所述横向支板的另一端且与所述横向支板之间通过螺纹连接；所述纵向调节螺杆的下端伸入纵向调节螺纹管内并与所述纵向调节螺纹管之间通过螺纹连接，所述纵向调节螺杆的上端穿出所述纵向调节螺纹管上方外侧且端部与所述摆轴的另一端下部连接。
所述光学元件加工设备，其中：所述机架置于地面且包括主轴支撑架、工件轴支撑架和水槽；所述主轴支撑架置于地面且包括支架腿和水平固定于所述支架腿顶端的平台；所述工件轴支撑架包括横杆和纵杆；所述横杆一端水平连接于所述主轴支撑架一侧的所述支架腿中段外壁，另一端与所述纵杆的下端成垂直连接；所述纵杆的上端自顶部向下竖直开设有直孔，所述支板纵向调节杆的下端伸入所述直孔内并与所述直孔采用轴配合方式连接；所述水槽水平固设于所述平台的顶部，其内槽底中央竖直固设有主轴套管。
所述光学元件加工设备，其中：所述主轴电机竖直设置于所述主轴支撑架的底侧，其动力输出轴竖直依次穿过所述平台和所述主轴套管并向所述水槽的上方穿出。
所述光学元件加工设备，其中：所述研磨盘可采用磨砂盘或抛光盘，其固定于所述主轴电机的动力输出轴向所述水槽上方穿出的一端。
所述光学元件加工设备，其中：所述摆轴的另一端沿径向开设有摆轴调整孔；所述工件轴电机通过所述摆轴调整孔配以锁紧螺钉匹配安装于所述摆轴的另一端。
所述光学元件加工设备，其中：所述联动轴与所述粘接盘的顶部中心部位通过紧固件锁紧或者键槽连接。
所述光学元件加工设备，其中：所述粘接盘与待加工零件的尺寸比为0.8～1:1。
所述光学元件加工设备，其中：所述粘接盘采用硬铝合金材料，其底面与待加工零件之间采用光学用热胶或者冷胶粘接或者通过光胶板进行光胶方式接合。
有益效果：
本发明光学元件加工设备结构设计简单、合理，采用可以调速和转动方向的驱动电机作为转动电机，通过采用可调速度及转动方向的转动电机，可以有效的提高研磨效率，从而磨料利用率也有提高，适合各种传统抛光机上，零件转动多了一个转动自由度，这样零件运动的轨迹更复杂，更容易加工出高精度的面形，即平面或球面等，如果再加上摆轴，更能有效控制待加工零件的面形。
附图说明
图1为本发明光学元件加工设备的结构示意图；
图2为本发明光学元件加工设备的摆轴与工件轴电机的连接部位结构示意图；
图3为本发明光学元件加工设备的摆轴上的高度调节机构的结构示意图；
图4为本发明光学元件加工设备的摆轴上的高度调节机构的另一结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明光学元件高效加工设备，包括机架1、主轴电机2、研磨盘3、摆轴4、工件轴电机5、粘接盘6、电机控制器7和变频器8。
该机架1置于地面且包括主轴支撑架11、工件轴支撑架12和水槽13。其中，该主轴支撑架11置于地面且包括支架腿111和水平固定于支架腿11顶端的平台112。该工件轴支撑架12安装于该主轴支撑架11的一侧支架腿111上，其包括横杆121和纵杆122；该横杆121一端水平连接于主轴支撑架11的一侧支架腿111中段外壁，另一端与纵杆122的下端成垂直连接；该纵杆122上端自顶部向下竖直开设有直孔123；该水槽13水平固设于该主轴支撑架11的平台112的顶部，其内槽底中央竖直固设有主轴套管131。
该主轴电机2竖直设置于该机架1的主轴支撑架11底侧且与变频器8电连接；其中，该主轴电机2通过变频器8控制速度；该主轴电机2的动力输出轴21竖直依次穿过主轴支撑架11的平台112和水槽13内槽底中央的主轴套管131，并向水槽13的上方穿出。
该研磨盘3与该主轴电机2的动力输出轴21向水槽13上方穿出的一端通过螺纹连接固定，其可以是磨砂盘，也可以是抛光盘；其中，该研磨盘2可以是铸铁、钢材、合金钢及带有研磨层的其它金属。
该摆轴4一端通过高度调节机构41与机架1的工件轴支撑架12的纵杆122上端连接，另一端沿径向开设有一对摆轴调整孔40；该一对摆轴调整孔40均为长槽孔结构；通过高度调节机构41可以调节摆轴4高低，从而实现不同产品高度加工时摆轴4的水平，从而实现对不同高度光学零件的加工时，压力方向与粘接盘6垂直，实现均匀研磨，保证加工零件的平行度。其中，该高度调节机构41包括横向支板411、纵向调节螺套412、纵向调节螺纹管413、纵向调节螺杆414、锁紧螺母415和支板纵向调节杆416。该横向支板411水平布置。该支板纵向调节杆416的下端伸入机架1的工件轴支撑架12的纵杆122上端的直孔123内，该支板纵向调节杆416的下端杆体上设有一段螺纹，最下端杆体没设螺纹且与直孔123为轴配合连接，防止调节时支板纵向调节杆416晃动，起导向作用；该支板纵向调节杆416的上端向横向支板411的上方穿出且穿出端与摆轴4一端铰接。该纵向调节螺套412通过螺纹匹配连接在位于横向支板411底部与纵杆122顶部之间的支板纵向调节杆416下端杆体上，该纵向调节螺套412的顶端顶紧于横向支板411底部。该纵向调节螺纹管413纵向穿过该横向支板411的另一端且与横向支板411之间通过螺纹连接。该纵向调节螺杆414下端伸入纵向调节螺纹管413内并与纵向调节螺纹管413之间通过螺纹连接，该纵向调节螺杆414上端穿出纵向调节螺纹管413上方外侧且端部与摆轴4另一端下部连接，以实现调节摆轴4的水平角度。
该工件轴电机5通过锁紧螺钉50与摆轴4另一端的一对摆轴调整孔40匹配安装，该工件轴电机5的动力输出轴匹配连接有联动轴51；其中，该联动轴51由工件轴电机5的动力输出轴带动进行转动，该联动轴51与粘接盘6的顶部中心部位通过紧固件锁紧或者键槽连接，可以方便取下和安装。该联动轴51在工件轴电机5的带动下可以转动，由于粘接盘6和联动轴51通过键槽或紧固件连接，从而实现转动；该工件轴电机5采用普通小型伺服电机且与电机控制器7电连接，该工件轴电机5由电机控制器7对其进行转动速度和方向的调节。如图2所示，通过调节3个锁紧螺钉50的位置，从而调节工件轴电机5的联动轴51的左右位置，实现偏心的调节，从而修整光学零件的面形，也就是向中心调节时，零件中心部位研磨相对少，向外调节时，中心部位相对研磨多，从而纠正零件的面形。
该粘接盘6与研磨盘3在水平方向上下保持平行，待加工零件9(可以是球面或者平面光学零件，如平面镜、棱镜、透镜等)粘接于粘接盘6的底面且与研磨盘3的顶面接触；其中，该粘接盘6与待加工零件的尺寸比为0.8～1:1，粘接盘6采用硬铝合金材料；待加工零件9与粘接盘6的底面之间采用光学用热胶或者冷胶粘接或者通过光胶板进行光胶方式接合。
本发明光学元件高效加工设备的加工方法，具体流程为：
与主轴电机2的动力输出轴21连接的研磨盘3沿着逆时针转动时(一般转速在5～20转/分)，通过工件轴电机5控制的带有待加工零件9的粘接盘6可以是顺时针，也可以是逆时针转动，通过电机控制器7控制工件轴电机5转动速度，增加了研磨盘3和待加工零件9的摩擦，但由于粘接盘6(带动待加工零件9)的转动是主动的，且方向可以和研磨盘3同向不同速或者逆向不同速，从而使得磨料利用率提高，同时可通过电机控制器7调节工件轴电机5的转动速度，实现待加工零件9的面形(平面或者球面)控制。
其中，当研磨盘3和粘接盘6彼此反向转动，研磨盘3和粘接盘6相对反向转动速度越快，假设研磨盘3转动速度和方向一定，待加工零件9边缘相对中心研磨的更多，从而可以对低光圈(中心低)的待加工零件9面形进行研磨修整；当研磨盘3和粘接盘6彼此同向转动且两者速度不同，此时是待加工零件9中心相对于边缘研磨速度快，从而可以实现对高光圈(中心高)的待加工零件9进行研磨修整，通过对工件轴电机5的转速调节，可以有效的提高研磨效率，从而磨料利用率也有提高。
根据实际测算，在修整光学零件面形中，本发明光学元件高效加工设备比传统的效率提高50％左右，当研磨盘3和待加工零件9面形吻合时，同样的主轴电机2的动力输出轴21速度情况下，抛光效率提高30％～50％。
本发明结构构思合理、巧妙，采用可以调速和转动方向的驱动电机作为转动电机，能有效控制面形，能加工出高精度的面形，适合各种传统抛光机上，研磨效率高，磨料利用率高。

Claims (9)

1.一种光学元件加工设备，包括机架、主轴电机、研磨盘、摆轴、工件轴电机和粘接盘；所述主轴电机安装在所述机架下侧；所述研磨盘安装于所述主轴电机的动力输出轴；所述摆轴一端连接于所述机架一侧上部，另一端与所述工件轴电机匹配安装；所述粘接盘安装于所述工件轴电机的动力输出端；待加工零件一面粘接在所述粘接盘上，另一面与所述研磨盘接触；其特征在于：所述加工设备还包括电机控制器和变频器；所述工件轴电机电连接所述电机控制器并由所述电机控制器实时控制调节转速和方向；所述变频器电连接所述主轴电机；
所述主轴电机的动力输出轴向所述机架上方穿出且穿出端固定连接于所述研磨盘的底部中央；所述工件轴电机的动力输出端连接有联动轴并通过所述联动轴与所述粘接盘的顶部固定连接；
所述粘接盘与所述研磨盘在水平方向上下保持平行；待加工零件一面粘接于所述粘接盘的底面，另一面与所述研磨盘的顶面接触；
所述摆轴一端是通过高度调节机构与所述机架一侧上端连接。
2.如权利要求1所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述高度调节机构包括横向支板、纵向调节螺套、纵向调节螺纹管、纵向调节螺杆、锁紧螺母和支板纵向调节杆；所述支板纵向调节杆的下端伸入所述机架一侧上端内部并设有一段螺纹，所述支板纵向调节杆的上端与所述横向支板一端固定连接；同时，所述支板纵向调节杆的上端还向所述横向支板一端上方穿出且穿出端与所述摆轴一端铰接；所述纵向调节螺套通过螺纹匹配连接在位于所述横向支板的底部与所述纵杆的顶部之间的所述支板纵向调节杆的下端杆体上，所述纵向调节螺套的顶端顶紧于所述横向支板的底部；所述纵向调节螺纹管纵向穿过所述横向支板的另一端且与所述横向支板之间通过螺纹连接；所述纵向调节螺杆的下端伸入纵向调节螺纹管内并与所述纵向调节螺纹管之间通过螺纹连接，所述纵向调节螺杆的上端穿出所述纵向调节螺纹管上方外侧且端部与所述摆轴的另一端下部连接。
3.如权利要求2所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述机架置于地面且包括主轴支撑架、工件轴支撑架和水槽；所述主轴支撑架置于地面且包括支架腿和水平固定于所述支架腿顶端的平台；所述工件轴支撑架包括横杆和纵杆；所述横杆一端水平连接于所述主轴支撑架一侧的所述支架腿中段外壁，另一端与所述纵杆的下端成垂直连接；所述纵杆的上端自顶部向下竖直开设有直孔，所述支板纵向调节杆的下端伸入所述直孔内并与所述直孔采用轴配合方式连接；所述水槽水平固设于所述平台的顶部，其内槽底中央竖直固设有主轴套管。
4.如权利要求3所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述主轴电机竖直设置于所述主轴支撑架的底侧，其动力输出轴竖直依次穿过所述平台和所述主轴套管并向所述水槽的上方穿出。
5.如权利要求4所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述研磨盘可采用磨砂盘或抛光盘，其固定于所述主轴电机的动力输出轴向所述水槽上方穿出的一端。
6.如权利要求1所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述摆轴的另一端沿径向开设有摆轴调整孔；所述工件轴电机通过所述摆轴调整孔配以锁紧螺钉匹配安装于所述摆轴的另一端。
7.如权利要求1所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述联动轴与所述粘接盘的顶部中心部位通过紧固件锁紧或者键槽连接。
8.如权利要求1所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述粘接盘与待加工零件的尺寸比为0.8～1:1。
9.如权利要求1或8所述的光学元件加工设备，其特征在于：所述粘接盘采用硬铝合金材料，其底面与待加工零件之间采用光学用热胶或者冷胶粘接或者通过光胶板进行光胶方式接合。
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