CN111002155A - 抛光力控制柔性抛光工具 - Google Patents

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Abstract

一种抛光力控制柔性抛光工具，包括柔性工具、夹头座、连接板、减速机、伺服电机、机架、力传感器、力控系统等；柔性工具由夹具、弹性层和抛光革组成。本发明通过力传感器测试加工过程中的抛光力并通过力控制系统实现加工力恒定，采用柔性层和抛光垫配合保证光学元件的高表面质量；避免在加工过程中产生中频误差；去除函数在加工过程中的可以调整，减小边缘效应，实现光学元件的高精度加工。

Description

抛光力控制柔性抛光工具
技术领域
本发明涉及光学加工领域，具体是一种抛光力控制柔性抛光工具。本发明采用力传感器测试加工过程中的抛光力并通过力控制系统实现加工力恒定，采用柔性层和抛光垫配合保证光学元件的高表面质量柔性层和抛光垫配合保证光学元件的高表面质量；避免在加工过程中产生中频误差；去除函数在加工过程中的可以调整，减小边缘效应，实现光学元件的高精度加工。
背景技术
光学元件加工过程中对元件的表面质量、面形精度都有极高的要求；为了实现全频谱加工，需要避免产生中高频的面形误差；同时元件边缘加工状态和中心的不同会产生边缘效应，减小元件的有效口径，所以抑制边缘效应对加工也十分重要。
目前光学元件加工主要有全口径加工和子口径加工两类。采用全口径加工的方式，一般无法达到比较高的表面质量和面形精度，加工过程需要依赖加工人员经验；采用子口径加工的方式，例如磁流变抛光等加工方式一般会不可避免的产生中频误差；小工具抛光等加工方式边缘加工中由于和中心加工状态不同，容易产生边缘效应；小工具抛光、气囊抛光等加工方式在加工过程中主要通过控制气压保证抛光力的恒定，一般精度不高。
发明内容
本发明的目的是提出一种抛光力控制柔性抛光工具，抛光力控制柔性抛光工具包括柔性工具、夹头座、连接板、减速机、伺服电机、机架、力传感器、力控系统等。本发明通过力传感器测试加工过程中的抛光力并通过力控制系统实现加工力恒定，采用柔性层和抛光垫配合保证光学元件的高表面质量；避免在加工过程中产生中频误差；去除函数在加工过程中的可以调整，减小边缘效应，实现光学元件的高精度加工。
本发明的技术解决方案如下：
一种抛光力控制柔性抛光工具，其特点在于该抛光工具包括柔性工具、夹头座、连接板、减速机、伺服电机、机架、力传感器和力控系统,
所述的柔性工具由夹具、弹性层和抛光革组成,所述的夹具用于连接所述的夹头座和弹性层；弹性层为球冠结构，材料是高弹性体，加工过程中提供弹性变形，调整接触范围，并保证加工过程中抛光革与加工元件贴合；抛光革为球面结构，材料是聚氨酯或阻尼布；
所述的连接板的材料为不锈钢，两个连接面分别与所述的减速机和所述的夹头座贴合；所述的连接板为所述柔性工具底部提供支撑；
所述的减速机分别与所述的连接板、所述的伺服电机连接；所述的伺服电机与所述的减速机连接，驱动抛光工具转动；所述的机架分别与所述的减速机和所述的力传感器连接，所述的力传感器的输出端与所述的力控系统的输入端相连。
利用上述抛光力控制柔性抛光工具进行光学元件的抛光加工，该方法包括如下步骤：
1)将所述的力控系统的输出端与加工机床的输入端相连，保证力控系统能实时将工具位置调节信号输出给所述的加工机床；
2)设定抛光力预定值:将抛光力预定值写入所述的力控系统，进行下一步；
3)设定转速并写入所述的伺服电机，开启所述的伺服电机，使所述的柔性工具以恒定转速旋转；
4)使用加工机床控制所述的柔性工具在元件表面以规定路径移动，抛光过程中所述的力传感器实时地测试抛光过程中的抛光力，并将该抛光力的信号传输给所述的力控制系统；所述的力控系统实时处理抛光力信号并将所述的抛光力控制柔性抛光工具加工过程中的调节移动量传输给加工机床,调节机床运动轨迹；
5)加工过程不断重复第四步，实现恒定抛光力抛光。
所述的夹具用于连接夹头座和弹性层；弹性层为球冠结构，材料是高弹性体，加工过程中提供弹性变形，调整接触范围，并保证加工过程中抛光革与加工元件贴合；抛光革为球面结构，材料是聚氨酯或阻尼布；
连接板的材料为不锈钢，两个连接面分别与减速机和夹头座贴合；连接板为柔性工具底部提供支撑；
减速机分别与连接板、伺服电机连接，使伺服电机增加扭矩并减小转速，减速机与机架连接，提供抛光力；
伺服电机与减速机连接，驱动抛光工具转动；
机架材料为不锈钢，分别于减速机和力传感器连接，可以为柔性工具施加抛光力，并将施加力传递给力传感器，得到抛光过程中施加的抛光力；
力传感器测试抛光过程中的抛光力，并将力信号传输力控制系统
力控系统得到力传感器传输的力信号，实时处理并将所述的抛光力控制柔性抛光工具加工过程中的调节移动量传输给加工机床。
根据所述的抛光力控制柔性抛光工具，其特征在于在抛光力控制柔性抛光工具于机床配合加工过程中，力传感器测试的抛光力信号并将信号传输力控系统，力控系统将位置调节量传输加工机床，调节机床运动轨迹，不断重复上述过程保证加工过程施加力恒等。
本发明的优点是：
本发明可对光学元件进行超精密加工，本发明采用力传感器测试加工过程中的抛光力并通过力控制系统实现加工力恒定，采用柔性层和抛光革配合保证光学元件的高表面质量；避免在加工过程中产生中频误差；去除函数在加工过程中的可以调整，减小边缘效应，实现光学元件的高精度加工。
附图说明
图1为抛光力控制柔性抛光工具的结构示意图；
图中：1-柔性工具，1a-夹具，1b-弹性层，1c-抛光革；2-夹头座；3-连接板；4-减速机；5-伺服电机；6-机架；7-力传感器；8-力控系统；
图2为抛光力控制柔性抛光工具配合工业机器人工作示意图；
图中：1-柔性工具；2-夹头座；3-连接板；4-减速机；5-伺服电机；6-机架；7-力传感器；8-力控系统；9-工业机器人；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅图2，图2为抛光力控制柔性抛光工具配合机器人工作示意图，由图可见，本发明一种抛光力控制柔性抛光工具用于米级大口径光学元件快速高效抛光机的实施例，该抛光力控制柔性抛光工具包括柔性工具1、夹头座2、连接板3、减速机4、伺服电机5、机架6、力传感器7和力控系统8。配合工业机器人9完成加工工作。
所述的柔性工具由夹具1a、弹性层1b和抛光革1c组成。夹具用于连接夹头座2和弹性层1b；弹性层1b为球冠结构，材料是高弹性体，加工过程中提供弹性变形，调整接触范围，并保证加工过程中抛光革1c与加工元件贴合；抛光革1c为球面结构，材料是聚氨酯或阻尼布；
所述的连接板3的材料为不锈钢，两个连接面分别与所述的减速机4和所述的夹头座2贴合；所述的连接板3为所述柔性工具1底部提供支撑；
所述的减速机4分别与所述的连接板3、所述的伺服电机5连接，使所述的伺服电机5增加扭矩并减小转速，所述的减速机4与所述的机架6连接，提供抛光力；
所述的伺服电机5与所述的减速机4连接，驱动抛光工具转动；
所述的机架6材料为不锈钢，分别于所述的减速机4和所述的力传感器7连接，可以为所述的柔性工具1施加抛光力，并将施加力传递给所述的力传感器7，得到抛光过程中施加的抛光力；
所述的力传感器7测试抛光过程中的抛光力，并将力信号传输所述的力控制系统8；
利用所述的抛光力控制柔性抛光工具进行光学元件的抛光加工的方法，包括如下步骤：
1)将力控系统8输出端与工业机器人9输入端相连，保证力控系统8能实时将工具位置调节信号输出工业机器人9。
2)设定抛光力预定值，将抛光力预定值写入所述的力控系统8，进行下一步；
3)设定转速并写入所述的伺服电机5，开启所述的伺服电机5，使所述的柔性工具1以恒定转速旋转；
4)使用工业机器人9控制所述的柔性工具1在元件表面以规定路径移动，抛光过程中所述的力传感器7将实时读取所述的柔性工具1受到的抛光力，并将力信号传输所述的力控系统8，所述的力控系统8将工具位置调节信号传输给工业机器人9，工业机器人9调整加工路径。
5)加工过程不断重复步骤4)，实现恒定抛光力抛光。

Claims (2)

1.一种抛光力控制柔性抛光工具，其特征在于该抛光工具包括柔性工具(1)、夹头座(2)、连接板(3)、减速机(4)、伺服电机(5)、机架(6)、力传感器(7)和力控系统(8)；
所述的柔性工具(1)由夹具(1a)、弹性层(1b)和抛光革(1c)组成,所述的夹具(1a)用于连接所述的夹头座(2)和弹性层(1b)；弹性层(1b)为球冠结构，材料是高弹性体，加工过程中提供弹性变形，调整接触范围，并保证加工过程中抛光革与加工元件贴合；抛光革(1c)为球面结构，材料是聚氨酯或阻尼布；
所述的连接板(3)的材料为不锈钢，两个连接面分别与所述的减速机(4)和所述的夹头座(2)贴合；所述的连接板(3)为所述柔性工具(1)底部提供支撑；
所述的减速机(4)分别与所述的连接板(3)、所述的伺服电机(5)连接；所述的伺服电机(5)与所述的减速机(4)连接，驱动抛光工具转动；所述的机架(6)分别与所述的减速机(4)和所述的力传感器(7)连接，所述的力传感器(7)的输出端与所述的力控系统(8)的输入端相连。
2.利用要求1所述抛光力控制柔性抛光工具进行光学元件的抛光加工，特征在于该方法包括如下步骤：
1)将力控系统(8)的输出端与加工机床的输入端相连，保证力控系统(8)能实时将工具位置调节信号输出给所述的加工机床；
2)设定抛光力预定值:将抛光力预定值写入所述的力控系统(8)，进行下一步；
3)设定转速并写入所述的伺服电机(5)，开启所述的伺服电机(5)，使所述的柔性工具(1)以恒定转速旋转；
4)使用加工机床控制所述的柔性工具(1)在元件表面以规定路径移动，抛光过程中所述的力传感器(7)测试抛光过程中的抛光力，并将该抛光力的信号传输给所述的力控制系统(8)；所述的力控系统(8)实时处理抛光力信号并将所述的抛光力控制柔性抛光工具(1)加工过程中的调节移动量传输给加工机床,调节机床运动轨迹；
5)加工过程不断重复第四步，实现恒定抛光力抛光。
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