CN109968203B - 环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置及方法，隶属于光学加工领域，尤其涉及一种修整环抛机床抛光盘表面形貌的装置及方法，目的是为了克服现有抛光盘修整装置无法根据需要对修整装置进行多姿态的调整，修整精度不高的问题，包括载板、角度调节杆、高度调节杆和刮盘刀具；角度调节杆位于载板的上，且角度调节杆的一端设有调节杆螺栓以实现转动连接；载板上沿角度调节杆的转动路径设有弧形通槽；角度调节杆的另一端连接有高度调节杆，高度调节杆的顶端穿过载板的弧形通槽及角度调节杆的另一端；高度调节杆的底端设有刮盘刀具固定槽并可实现刮盘刀具相对高度调节杆的角度调整。

Description

环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置及方法

技术领域

本发明涉及光学加工领域，尤其涉及一种修整环抛机床抛光盘的装置及方法。

背景技术

环抛加工因其能够高效地达到光学元件全频段超光滑表面的目标，并且产生非常浅的亚表面损伤层，而被广泛用于大口径平面光学元件的最终抛光工序。在环抛过程中，嵌入抛光盘表面的磨粒被迫与光学元件发生滑擦或者耕犁，从而实现光学元件加工表面材料的非均匀去除。在宏观尺度下，抛光盘的表面形貌误差对光学元件面形收敛效率和加工精度起着重要作用。

环抛加工采用的抛光盘由不同型号的沥青抛光胶按照一定配比熔化之后浇注而成，其厚度一般在15mm左右。沥青抛光胶为粘弹性材料，在修正盘和光学元件的压力作用下，沥青抛光胶会因受到挤压而产生流动，导致抛光盘表面形貌不断恶化，从而制约光学元件面形误差的快速收敛。同时，抛光盘在使用过程中会逐渐变得光滑，抛光盘对磨料的把持力不断降低，进而影响元件材料去除效率。

公开号为CN104191370A，公开日为2014年12月10日的中国发明专利公开了一种全口径抛光中抛光盘表面形状的修正方法及装置，但是上述装置无法根据需要对修整装置进行多姿态的调节，无法灵活地改变刮盘刀具的空间姿态，因此修整精度不高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有抛光盘修整装置无法根据需要对修整装置进行多姿态的调节，修整精度不高问题，提供了一种环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置及方法。

本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，包括载板、角度调节杆、高度调节杆和刮盘刀具；

角度调节杆位于载板上，且角度调节杆的一端设有调节杆螺栓，角度调节杆的一端通过调节杆螺栓与载板转动连接，角度调节杆的另一端能够以调节杆螺栓为轴转动、且能够通过调节杆螺栓与载板锁紧固定；

载板上沿角度调节杆的转动路径设有弧形通槽；

角度调节杆的另一端连接有高度调节杆，高度调节杆的顶端穿过载板的弧形通槽及角度调节杆的另一端，高度调节杆相对载板及角度调节杆能够上下移动及锁紧；

高度调节杆的底端固定有刮盘刀具。

本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整方法，具体步骤如下：

步骤一、将环抛机床其中一根导轨的导轨溜板沿导轨移动到最外层，将修整装置的载板与所述导轨溜板的侧壁固定连接；

步骤二、令刮盘刀具切入抛光盘；

步骤三、开启环抛机床，设定抛光盘以第一设定速度转动，所述导轨溜板以第二设定速度由抛光盘外侧向内侧移动，对抛光盘进行修整。

本发明的有益效果是：本发明利用环抛机床导轨的导轨溜板与抛光盘盘面的相对运动，设计了一种环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，来实现刮盘刀具空间姿态可以多自由度调节，本装置可以实现抛光盘表面形貌的高效、高精度修整，并且还可以通过对机床导轨的点位控制实现对抛光盘表面环带的选择性修整；能够缩短抛光盘面修整引入的加工生产空窗期，提高光学元件的生产效率与加工精度。

附图说明

图1为为现有的环抛机床的环抛加工过程示意图；

图2为本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置的结构示意图；

图3为本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置中刀具调节机构的主视剖视示意图；

图4为本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置与环抛机床的部分配合示意图；

图5为本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置中刮盘刀具相对抛光盘的盘面运动轨迹示意图。

具体实施方式

如图1所示，为现有的环抛机床的环抛加工过程示意图，抛光盘71浇注在环抛机床的转台72上，在环抛加工时，机床驱动机构带动转台72以一定的转速运动，光学元件77固定在工件环76中，工件环76在第一齿轮73的啮合作用下绕自身轴心匀速转动，该第一齿轮73安装在环抛机床三根导轨中的其中一根导轨上。同时，修正盘75在第二齿轮74的啮合作用下也绕自身轴心匀速转动，该第二齿轮74安装在三根环抛机床导轨的其中一根导轨上。并且，第一齿轮73与第二齿轮74所在导轨不是同一根导轨。

在加工过程中，抛光盘71与工件环76和修正盘75的接触界面存在非均匀压力分布，因此抛光盘71的盘面会产生非均匀磨损，致使抛光盘71表面形貌不断恶化，严重影响光学元件76的加工效率与加工精度。因此需要对抛光盘表面形貌误差进行修整。

具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，如图2所示，包括载板1、角度调节杆21、高度调节杆31和刮盘刀具4；

角度调节杆21位于载板1上，且角度调节杆21的一端设有调节杆螺栓22，角度调节杆21的一端通过调节杆螺栓22与载板1转动连接，角度调节杆21的另一端能够以调节杆螺栓22为轴转动、且能够通过调节杆螺栓22与载板1锁紧固定；

载板1上沿角度调节杆21的转动路径设有弧形通槽11；

角度调节杆21的另一端连接有高度调节杆31，高度调节杆31的顶端穿过载板1的弧形通槽11及角度调节杆21的另一端，高度调节杆31相对载板1及角度调节杆21能够上下移动及锁紧；

高度调节杆31的底端固定有刮盘刀具4。

具体地，为了使得角度调节杆21调节时的角度准确，弧形通槽11上还应当设有角度刻度。

角度调节杆21能够调节刮盘刀具4相对于环抛机的导轨溜板78的侧壁的角度，所述环抛机的导轨溜板78为修整装置所固定的导轨溜板78；

高度调节杆31能够调节刮盘刀具4相对于抛光盘的盘面的高度。

载板1在使用时是需要安装在环抛机床其中一个导轨溜板78上，角度调节杆21能够带动刮盘刀具4绕轴(调节杆螺栓22的轴)转动，进而改变调节刮盘刀具4与导轨溜板78的侧壁的夹角；当需要调节角度调节杆21的角度时，稍微拧松调节杆螺栓22，将角度调节杆21以调节杆螺栓22为轴转动到需要的角度后，再拧紧调节杆螺栓22，角度调节杆21与导轨溜板78侧壁之间的夹角调整范围应当不小于180°，并通过弧形通槽11上的角度刻度来进行角度对准。

而高度调节杆31可以在竖直方向上下调节，高度调节杆31用来调节刮盘刀具4相对于抛光盘71的距离，在进行调节时，需要拧松高度调节杆紧定螺栓32，然后通过调节高度调节杆31的竖直方向上的高度位置，令刮盘刀具4能够向抛光盘71切入一定深度后，确定此时高度调节杆31的高度，然后拧紧高度调节杆紧定螺栓32固定高度调节杆31。

在环抛机床的带动下，本实施方式的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置在对工件环76抛光的过程中能够同时修整抛光盘71。可以实现刮盘刀具4相对抛光盘71的空间姿态的多自由度调整，提高抛光盘71形貌修整效率与精度。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，结合图2说明本实施方式，还包括预紧力加载机构，该预紧力加载机构包括固定板61、球头铰链62、预紧力调节螺栓63和压缩弹簧64；

高度调节杆31的杆身穿过固定板61并活动连接；

固定板61的端面设置有紧固螺孔和紧固螺栓，紧固螺孔连通到高度调节杆31的杆身，紧固螺栓伸入紧固螺孔与到高度调节杆31的杆身接触，通过调节紧固螺栓锁定固定板61在高度调节杆31上的位置；

预紧力调节螺栓63的顶端穿过固定板61、并通过位于固定板61上的螺母锁紧固定；

球头铰链62的顶端与预紧力调节螺栓63的底端固定，球头铰链62的底端与刮盘刀具4固定连接；

压缩弹簧64套设于球头铰链62外、且压缩弹簧64位于固定板61下与刮盘刀具4之间；

通过调节预紧力调节螺栓63的螺母，改变固定板61和刮盘刀具4之间的距离，进而改变压缩弹簧64的状态。

具体地，预紧力加载机构主要向刮盘刀具4提供一定的预紧力。具体操作时，扭转预紧力调节螺栓63的配套螺母，使得固定板61向下压迫压缩弹簧64，从而对刮盘刀具4提供一定的预紧力；压缩弹簧64在固定板67和刮盘刀具4之间是活动的；具体加工时，通过调整预紧力调节螺栓63来使压缩弹簧64压缩，产生预紧力。

因为本修整装置的目的是为了在抛光盘71表面生成划痕，所以压缩弹簧64所提供的预紧力是为了对刮盘刀具4产生一个相对固定板61(向下的)的力，使得刮盘刀具4在与抛光盘71上很凸的地方作用时会有一定的退让(预紧力加载机构作为柔性机构)。

固定板61是通过紧固螺栓等方式固定在高度调节杆31上的：在固定板61的前端面设置有一个紧固螺孔，该紧固螺孔通向高度调节杆31的杆身，向该紧固螺孔内插入紧固螺栓，可以通过调节该紧固螺栓来调节固定板61在高度调节杆31上的高度。

具体实施方式三：本具体实施方式是对具体实施方式二的进一步说明，球头铰链62、预紧力调节螺栓63和压缩弹簧64均为两组，且分别位于高度调节杆31两侧对称设置。

具体地，为了保证预紧力传递的均匀和平衡，可以将铰链62、预紧力调节螺栓63和压缩弹簧64的组合结构对称设置在高度调节杆31两侧。

具体实施方式四：本具体实施方式是对具体实施方式二或三的进一步说明，还包括刀具调节机构，球头铰链62的底端通过刀具调节机构连接有刮盘刀具4；

刀具调节机构用于调节刮盘刀具4切入抛光盘盘面的角度。

具体地，在能够调节刮盘刀具4对于导轨溜板78的侧壁的角度，以及相对于抛光盘的高度的前提下。增加了刀具调节机构用于调节刮盘刀具4切入抛光盘盘面的角度，使其在空间内达到更多姿态的调整。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，刀具调节机构包括刀具安装座51、刀具调节轴52、多个刀具锁定螺栓53、刀具角度调整件54和调节机构连接件56；

刀具安装座51通过调节机构连接件56与球头铰链62的底端固定连接；

刀具安装座51为筒状，该刀具安装座51的轴向侧壁上开设有刀具插入槽55；

刀具调节轴52沿轴向穿过刀具安装座51，且与刀具安装座51转动配合；

多个刀具锁定螺栓53由外向内穿过刀具安装座51的侧壁，且能够通过旋动刀具锁定螺栓53锁定刀具调节轴52；

刀具调节轴52的其中一端固定有刀具角度调整件54，该刀具角度调整件54位于刀具安装座51的外部；

刮盘刀具4的一侧为刀刃、另一侧通过刀具插入槽55插入刀具安装座51中并与刀具调节轴52固定连接；通过转动刀具角度调整件54，使刀具调节轴52带动刮盘刀具4转动；

高度调节杆31通过刀具调节机构与刮盘刀具4连接，调节机构连接件56上设有导向孔，高度调节杆31的底端插入该导向孔中并与调节机构连接件56活动连接。

具体地，操作人员在外部扭动刀具角度调整件54时，带动刀具调节轴52转动，从而带动刮盘刀具4改变自身与抛光盘71盘面的切入角度，当调整到合适的切入角度时，拧紧刀具锁定螺栓53，使刀具锁定螺栓53的底部紧紧抵住刀具调节轴52，利用摩擦力限制刀具调节轴52的转动。

如图2所示，高度调节杆31的底部插入调节机构连接件56的导向孔中，但是高度调节杆31的底部与调节机构连接件56并不固定，调节机构连接件56上的导向孔是起导向作用，即在调节固定板61时起导向作用。并且，由于预紧力加载机构是作为柔性机构的，因此该导向孔的孔径应大于高度调节杆31的底部的杆径，通过高度调节杆31限制刀具调节机构能够在一定横向范围内活动。

并且，高度调节杆31的轴心与刀具安装座51内表面的中轴线的垂直度优于0.1mm。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一、二、三或五的进一步说明，载板1上固定有连接板8；连接板8与环抛机的导轨溜板78的侧壁固定连接。

具体地，如图2所示，在载板1的一侧垂直固定连接板8的板面，并且载板1通过连接板8固定在导轨溜板78的侧壁，此时载板1与导轨溜板78的侧壁垂直。并且本修整装置与第一齿轮、第二齿轮所安装的导轨不为同一根导轨。

但是，在将第一齿轮73所在的工件环76移除后，本修整装置可以与第一齿轮73所在的导轨为同一导轨，但不能与第二齿轮74所在导轨为同一个。

也可以，如图4所示，在导轨溜板78的侧壁上采用螺栓等方式固定修整装置安装板79，然后在修整装置安装板79上采用螺栓等方式固定连接板8。

上述的，连接板8与导轨溜板78的固定面(与连接板8所固定的侧壁)的平面度应当优于10um。

具体实施方式七

本具体实施方式七是对具体实施方式一、二、三或五的进一步说明，角度调节杆21的另一端的侧壁设有调节螺孔和高度调节杆紧定螺栓32；

调节螺孔从角度调节杆21的另一端的外侧壁连通到高度调节杆31的外侧壁；

高度调节杆紧定螺栓32伸入调节螺孔与高度调节杆31的外侧壁接触，能够将高度调节杆31锁紧固定。

具体地，需要对刮盘刀具4相对于抛光盘盘面的高度进行调节时，可以通过对高度调节杆31进行上下移动进行调节，调节到所需要的高度后，再通过旋紧高度调节杆紧定螺栓32锁定高度调节杆31此时位置。

具体实施方式八

本具体实施方式的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整方法，具体步骤如下：

步骤一、将环抛机床其中一根导轨的导轨溜板78沿导轨移动到最外层，将修整装置的载板1与所述导轨溜板78的侧壁固定连接；

具体地，如图4所示，在导轨溜板78上采用螺栓等方式直接固定本修整装置的连接板8；或采用修整装置安装板79间接固定的连接板8。

步骤二、令刮盘刀具4切入抛光盘71；

步骤三、开启环抛机床，设定抛光盘71以第一设定速度转动，所述导轨溜板78以第二设定速度由抛光盘71外侧向内侧移动，对抛光盘71进行修整。

具体地，抛光盘71盘面单次修整完成后，检测抛光盘71面形误差，若抛光盘71盘面仍存在较大误差，则调整刮盘刀具4与抛光盘71盘面夹角再次进行修整，直至抛光盘71表面形貌达到理想状态。上述的第一设定速度为转速，第二设定速度为直线速度。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，第一设定速度为10rpm，第一设定速度的方向为逆时针；第二设定速度为20mm/s，第二设定速度的方向为由抛光盘71外侧至内侧。

具体地，如图5所示，本发明的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置中刮盘刀具4相对抛光盘71的盘面相对运动所形成的轨迹为逆时针螺旋线。采用上述的10rpm的抛光盘71转速，以及20mm/s的导轨溜板78速度能够达到较好的修整效果。

具体实施方式十：

本实施方式是对具体实施方式八或九的进一步说明，步骤二中令刮盘刀具4切入抛光盘71具体步骤如下：

步骤二一、调节角度调节杆21相对于所述导轨溜板78的侧壁的角度；

步骤二二、通过高度调节杆31调整刮盘刀具4与抛光盘71的距离；

步骤二三、调节预紧力加载机构，使压缩弹簧64产生预紧力；

步骤二四、通过刀具调节机构调节刮盘刀具4切入抛光盘71的角度。

具体地，如图2所示，调整角度调节杆21相对导轨溜板78的角度，然后给调节杆螺栓22施加预紧力固定角度调节杆21位置。调整高度调节杆31的竖直高度位置，保证刮盘刀具4能够和抛光盘71盘面具有一定的切深，并用高度调节杆紧定螺栓32固定主杆的高度位置。然后，扭转预紧力调节螺栓63，从而迫使压缩弹簧64产生压缩变形，调整压缩弹簧64的竖直压缩量，使刀具调节机构具有合适的预紧力。最后扭转刀具角度调整件54，使得刮盘刀具4与抛光盘71具有一定的切入深度。

Claims (9)

1.环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，包括载板(1)、角度调节杆(21)、高度调节杆(31)和刮盘刀具(4)；

角度调节杆(21)位于载板(1)上，且角度调节杆(21)的一端设有调节杆螺栓(22)，角度调节杆(21)的一端通过调节杆螺栓(22)与载板(1)转动连接，角度调节杆(21)的另一端能够以调节杆螺栓(22)为轴转动、且能够通过调节杆螺栓(22)与载板(1)锁紧固定；

载板(1)上沿角度调节杆(21)的转动路径设有弧形通槽(11)；

角度调节杆(21)的另一端连接有高度调节杆(31)，高度调节杆(31)的顶端穿过载板(1)的弧形通槽(11)及角度调节杆(21)的另一端，高度调节杆(31)相对载板(1)及角度调节杆(21)能够上下移动及锁紧；

高度调节杆(31)的底端固定有刮盘刀具(4)；

其特征在于，还包括预紧力加载机构，该预紧力加载机构包括固定板(61)、球头铰链(62)、预紧力调节螺栓(63)和压缩弹簧(64)；

高度调节杆(31)的杆身穿过固定板(61)并活动连接；

固定板(61)的端面设置有紧固螺孔和紧固螺栓，紧固螺孔连通到高度调节杆(31)的杆身，紧固螺栓伸入紧固螺孔与到高度调节杆(31)的杆身接触，通过调节紧固螺栓锁定固定板(61)在高度调节杆(31)上的位置；

预紧力调节螺栓(63)的顶端穿过固定板(61)、并通过位于固定板(61)上的螺母锁紧固定；

球头铰链(62)的顶端与预紧力调节螺栓(63)的底端固定连接，球头铰链(62)的底端与刮盘刀具(4)固定连接；

压缩弹簧(64)套设于球头铰链(62)外、且压缩弹簧(64)位于固定板(61)下与刮盘刀具(4)之间；

通过调节预紧力调节螺栓(63)的螺母，改变固定板(61)和刮盘刀具(4)之间的距离，进而改变压缩弹簧(64)的状态。

2.根据权利要求1所述的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，其特征在于，球头铰链(62)、预紧力调节螺栓(63)和压缩弹簧(64)均为两组，且分别位于高度调节杆(31)两侧对称设置。

3.根据权利要求1或2所述的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，其特征在于，还包括刀具调节机构，球头铰链(62)的底端通过刀具调节机构连接有刮盘刀具(4)；

刀具调节机构用于调节刮盘刀具(4)切入抛光盘盘面的角度。

4.根据权利要求3所述的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，其特征在于，刀具调节机构包括刀具安装座(51)、刀具调节轴(52)、多个刀具锁定螺栓(53)、刀具角度调整件(54)和调节机构连接件(56)；

刀具安装座(51)通过调节机构连接件(56)与球头铰链(62)的底端固定连接；

刀具安装座(51)为筒状，该刀具安装座(51)的轴向侧壁上开设有刀具插入槽(55)；

刀具调节轴(52)沿轴向穿过刀具安装座(51)，且与刀具安装座(51)转动配合；

多个刀具锁定螺栓(53)由外向内穿过刀具安装座(51)的侧壁，且能够通过旋动刀具锁定螺栓(53)锁定刀具调节轴(52)；

刀具调节轴(52)的其中一端固定有刀具角度调整件(54)，该刀具角度调整件(54)位于刀具安装座(51)的外部；

刮盘刀具(4)的一侧为刀刃、另一侧通过刀具插入槽(55)插入刀具安装座(51)中并与刀具调节轴(52)固定连接；通过转动刀具角度调整件(54)，使刀具调节轴(52)带动刮盘刀具(4)转动；

高度调节杆(31)通过刀具调节机构与刮盘刀具(4)连接，调节机构连接件(56)上设有导向孔，高度调节杆(31)的底端插入该导向孔中并与调节机构连接件(56)活动连接。

5.根据权利要求1、2或4所述的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，其特征在于，载板(1)上固定有连接板(8)；

连接板(8)与环抛机的导轨溜板(78)的侧壁固定连接。

6.根据权利要求1、2或4所述的环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整装置，其特征在于，

角度调节杆(21)的另一端的侧壁设有调节螺孔和高度调节杆紧定螺栓(32)；

调节螺孔从角度调节杆(21)另一端的外侧壁连通到高度调节杆(31)的外侧壁；

高度调节杆紧定螺栓(32)伸入调节螺孔与高度调节杆(31)的外侧壁接触，能够将高度调节杆(31)锁紧固定。

7.环形抛光加工中抛光盘表面形貌误差的修整方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将环抛机床其中一根导轨的导轨溜板(78)沿导轨移动到最外层，将权利要求1所述的修整装置的载板(1)与所述导轨溜板(78)的侧壁固定连接；

步骤二、令刮盘刀具(4)切入抛光盘(71)；

步骤三、开启环抛机床，设定抛光盘(71)以第一设定速度转动，所述导轨溜板(78)以第二设定速度由抛光盘(71)外侧向内侧移动，对抛光盘(71)进行修整。

8.根据权利要求7所述的修整方法，其特征在于，第一设定速度为10rpm，第一设定速度的方向为逆时针；第二设定速度为20mm/s，第二设定速度的方向为由抛光盘(71)外侧至内侧。

9.根据权利要求7或8所述的修整方法，其特征在于，步骤二中令刮盘刀具(4)切入抛光盘(71)具体步骤如下：

步骤二一、调节角度调节杆(21)相对于所述导轨溜板(78)的侧壁的角度；

步骤二二、通过高度调节杆(31)调整刮盘刀具(4)与抛光盘(71)的距离；

步骤二三、调节预紧力加载机构，使压缩弹簧(64)产生预紧力；

步骤二四、通过刀具调节机构调节刮盘刀具(4)切入抛光盘(71)的角度。

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