CN112605789B - 轨迹控制式重心可调抛光机构及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨迹控制式重心可调抛光机构及抛光方法，该抛光机构包括抛光盘、动力传动机构、重心调整机构及支撑机构；所述的动力传动机构包括电机及动力主轴，该动力主轴与该抛光盘之间采用柔性连接；该重心调整机构包括轨迹板、摆动板以及施压机构；该轨迹板固定不动，其上开有轨迹槽；该摆动板轴接所述动力主轴之外，其上设有与轨迹槽配合的凸块；该施压机构位于摆动板及抛光盘之间，用以将摆动板的摆动压力传递给抛光盘。本发明所述的轨迹控制式重心可调抛光盘机构及其抛光方法，利用轨迹板的轨迹槽，通过调节抛光盘的重心可以减小边缘效应，具有操作简单，实用性强、可自动化控制等特点。

Description

轨迹控制式重心可调抛光机构及抛光方法

技术领域

本发明属于光学元件精加工技术领域，涉及一种光学元件精密抛光的抛光加工工具及抛光方法，特别涉及一种轨迹控制式重心可调抛光机构及抛光方法。

背景技术

目前在光学元件精加工技术领域，无论是古典加工还是计算机控制表面成型技术（CCOS），在加工工件边缘区域的时候，由于接触面积的减小（因为抛光盘部分伸出工件之外）而抛光应力不变使接触压强增大，从而导致工件边缘的去除量增大而造成“塌边”的边缘效应现象，这种边缘效应会严重阻碍工件面形误差收敛，甚至会减小工件的有效口径。

申请号201910092105.7的中国发明专利公开了一种光学元件抛光工具及抛光方法，该工具无需安装辅助加工用的拼接块，磨盘的运动范围扩展到元件的外部区域，磨盘不会发生倾覆，使得元件边缘区域与中间区域加工情况一致，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工。

CN201610836440.X公开了一种“调节光学元件边缘区域压强分布的抛光组件”，该专利前案在光学元件边缘区域抛光过程中，通过该抛光组件对光学元件边缘区域压强分布进行调节，从而改变边缘区域材料去除量分布、达到抑制边缘效应的效果。但是该技术只能通过活动关节改变抛光组件的位置，从而改变对抛光盘的施力位置，而无法调节施力大小，更不能解决根据实际加工要求而在线调节的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种轨迹控制式重心可调抛光机构及抛光方法，其通过调节抛光盘的重心来达到减小边缘效应的问题，且可实现实时精准控制。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种轨迹控制式重心可调抛光机构，包括抛光盘、动力传动机构、重心调整机构及支撑机构；所述的动力传动机构包括电机及动力主轴，该动力主轴与该抛光盘之间采用柔性连接；该重心调整机构包括轨迹板、摆动板以及施压机构；该轨迹板固定不动，其上开有轨迹槽；该摆动板轴接所述动力主轴之外，其上设有与轨迹槽配合的凸块；该施压机构位于摆动板及抛光盘之间，用以将摆动板的摆动压力传递给抛光盘。

优选地，所述的施压机构包括内套筒、外套筒、内弹簧、外弹簧、顶杆及施压杆；该内套筒套在外套筒之外，两者之间套有所述外弹簧，该内套筒内放置所述内弹簧；该顶杆固定在内套筒上方；该施压杆顶部穿过内、外套筒、与所述内弹簧连动；该施压机构固定在一主轴套筒，该主轴套筒套在动力主轴之外。

优选地，所述的内套筒顶部固定有一端盖，所述的顶杆固定在该端盖上。

优选地，所述的施压杆顶部为螺杆，该螺杆锁在位于内套筒内的螺母上，通过该螺母压缩所述的内弹簧。

优选地，所述的施压杆为万向球轴承，该万向球轴承上方设有螺杆，该螺杆锁在位于内套筒内的螺母上，通过该螺母压缩所述的内弹簧。

优选地，所述的施压机构固定在一支撑架上，该支撑架一端锁在所述主轴套筒上，一端为C形卡槽，所述外套筒外壁设有凹槽与该C形卡槽相互卡固配合。

优选地，所述抛光盘与动力主轴之间的柔性连接结构为，所述动力主轴底部设有一对圆柱形凸块，所述抛光盘上设有安装孔，该安装孔内设有直槽，该圆柱形凸块与直槽配合卡固形成柔性连接。

优选地，所述的支撑机构包括用以固定所述电机的电机座，所述的主轴套筒固定在该电机座上；所述的摆动板套在该主轴套筒之外，其轴接在该主轴套筒上的横向转轴S上；所述的轨迹板相对该转轴S还可以进一步的设置一直线凹槽。

优选地，所述的施压机构设置有一个、两个或者多个，而设置多个时为在同一圆周均匀分布。

一种使用上述的轨迹控制式重心可调抛光机构的抛光方法，包括如下步骤：

（1）根据抛光工件图纸求出工件字母线轨迹坐标，并生成抛光机器人运动程序；

（2）抛光机器人带动抛光盘沿着工件母线由中心向外运动，同时工件与抛光盘自转开始抛光；

（3）当支撑机构带动抛光盘靠近轨迹板时，摆动板上的凸块在轨迹板的轨迹槽内移动，该重心调整机构开始工作，摆动板开始倾斜，靠近工件中心的弹簧模块即施压机构弹力增大，消除边缘效应。

采用上述方案后，本发明与现有的抛光工具相比，本发明优点在于：

1．本发明所述的轨迹控制式重心可调抛光装置，取代了传统的边缘抛光方法，无需安装辅助拼接块，控制简单，操作易行。当抛光盘运动至光学元件的边缘区域时，抛光盘在施压机构弹力的作用下，使工件边缘区域的应力减小而中间区域的应力增大，达到一种反向应力补偿的效果，使工件边缘区域和中间区域的去除量达到一致，可以在保证加工效率的同时减小或消除边缘效应问题，实现工件全口径面形的抛光加工。

2．本发明所述的抛光方法中，可以通过更换不同的轨迹板来加工不同面形的工件，摆动板的倾角随着轨迹板上的轨迹槽的变化，从而产生连续变化的弹簧力，以适应工件的面形变化，改变了工件不同的加工区域的表面应力，最终消除塌边等边缘效应问题，实现实现工件全口径面形的抛光加工。

总之，本发明所述的轨迹控制式重心可调抛光盘机构及其抛光方法，利用轨迹板的轨迹槽，通过调节抛光盘的重心可以减小边缘效应，具有操作简单，实用性强、可自动化控制等特点。

附图说明

图1为本发明所述抛光机构第一实施例的外部结构示意图（安装一个弹簧模块）；

图2为本发明所述抛光机构第一实施例的外部结构正视图（安装一个弹簧模块）；

图3为本发明所述抛光机构第一实施例的外部结构示意图（安装三个弹簧模块）；

图4为本发明所述抛光机构弹簧模块的结构剖面图；

图5为本发明所述抛光机构的抛光盘和传动轴连接结构剖面图；

图6为本发明所述抛光机构的摆动板和轨迹板结构示意图；

图7为本发明所述抛光机构轨迹板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种轨迹控制式重心可调抛光机构，如图1-7所示，为本发明的较佳实施例。所述的抛光机构包括抛光盘1、动力传动机构2、重心调整机构3以及支撑机构4。其中：

所述的抛光盘1底部可以设有抛光垫13，具体的，该抛光盘1底面可以粘贴聚氨脂或阻尼布等材料制成的抛光垫13作为抛光工作面。

所述的动力传动机构2用以为抛光盘1传递动力，该动力传动机构2至少包括电机21及动力主轴22，该动力主轴22下端与所述抛光盘1顶部连接，且两者之间采用柔性连接，以使在外力作用下整个抛光盘1可以在一定角度上自由偏转。具体柔性连接结构配合图5所示，所述动力主轴2底部设有一对圆柱形凸块221，所述抛光盘1上设有安装孔11，该安装孔11内设有直槽12，安装时，所述的圆柱形凸块221与直槽12配合卡固，形成柔性连接。使用时，动力主轴2向抛光盘1提供旋转动力的同时，抛光盘1在外力的作用下可以绕着圆柱形凸块21自由摆动，从而实现重心的改变。另外，该电机21可以使用联轴器23与动力主轴22连接传输动力。该动力传动机构2还包括固定在支撑机构4上的主轴套筒41，该主轴套筒41套在动力主轴22之外。

所述的重心调整机构3包括轨迹板31、摆动板32以及施压机构33。

所述的轨迹板31上开有轨迹槽311，该轨迹板31可以设置两块，也可以仅设置一块，其固定安装在一轨迹板支架34上，该轨迹板支架34可以放置在工件的一侧。

所述的摆动板32套在所述的主轴套筒41之外，其轴接在该主轴套筒41上的横向转轴S上，以便可以摆动；该摆动板32侧面设有凸块321，该凸块321与所述转轴平行设置且与所述轨迹板31的轨迹槽311配合；该凸块321也可以设置两个以配合两侧的轨迹板31；该摆动板32在主轴套筒41的带动下其凸块321可以沿轨迹板31的轨迹槽311运动，从而实现一定的倾角变化，通过轨迹板31的轨迹线311变化，可实现对摆动板的倾角控制。

所述的施压机构33位于摆动板32及抛光盘1之间，用以将摆动板32的摆动压力传递给抛光盘1，进而对抛光盘1产生一个下压力，以便改变抛光盘1的重心，实现工件表面抛光压力的调节，进一步的减少或消除抛光边缘效应的产生。该施压机构33可以为直接固定在所述摆动板32底部的直杆，但是直杆的刚性结构在受力较大时容易对机构产生损坏，不易控制力度。为此，该施压机构3可以采用弹性施压杆，即通过弹簧的弹性来缓冲摆动板32对抛光盘1的压力。本实施例具体的，该施压机构33为双弹簧模块机构（如图4所示），其包括内套筒331、外套筒332、内弹簧333、外弹簧334、顶杆335及施压杆336；该内套筒331套在外套筒332之外，两者之间套有外弹簧334，该内套筒331内放置有内弹簧333；该顶杆335固定在内套筒331上方，具体的可以固定在内套筒331顶部的端盖337上；该施压杆336顶部穿过内、外套筒331、332与所述内弹簧333连动，具体的，该施压杆336顶部为螺杆，该螺杆锁在位于内套筒331内的螺母338上，通过螺母338压缩内弹簧333；所述的施压杆336可以为万向球轴承，万向球轴承上方设有螺杆。该施压机构33可以固定在所述主轴套筒41的支撑架43上，具体的，该支撑架43一端锁在所述主轴套筒41上，一端为C形卡槽，所述外套筒332外壁设有凹槽与该C形卡槽相互卡固配合。本实施例中双弹簧模块施压机构33使用了内外套筒、内外弹簧的机构，当顶杆335受力，整个内套筒331向下运动，外弹簧334被压缩，直到万向球轴承336受到抛光盘1的压力时，内弹簧333被压缩，这种内外弹簧的机构将万向球轴承336支撑起来并可以随弹簧的压缩实现万向球轴承336的直线运动，从而对抛光盘1施加压力。

所述的支撑机构4用以支撑除轨迹板31以外的部件，其除了上述主轴套筒41以外，还包括电机座42用以固定安装电机21和联轴器23，所述的主轴套筒41固定安装在该电机座42上。

参见图1和图3，本发明实施例中施压机构33可以安装一个也可以安装多个。当安装一个时，施压机构33的弹簧模块可以很好的响应摆动板31倾角的变化，避免了多个弹簧模块响应速度不一致的影响，但此时弹力只有一个作用点不能很好的改善工件表面应力分布。当安装三个弹簧模块时，抛光盘多点受力可以改善工件表面应力分布，但由于是纯机械的机构，不能保证每个弹簧模块其响应速度都是一致，这就有可能造成弹力不一致，然而由于抛光盘1是高速旋转的也会减少这一因素的影响，因此优选的，弹簧模块结构的施压机构33的数目为三个，且为在圆周均匀分布。

参见图6、7所示，为了防止突出摆动板32的转轴S与轨迹板31相互干涉，在所述轨迹板31上还可以进一步的设置直线凹槽312。这样摆动板32上的转轴S和凸块321，相对轨迹板31设有直线凹槽312和轨迹槽311。转轴S将沿着直线凹槽312运动，凸块321将沿着轨迹槽311运动，当摆动板32向着靠近轨迹板31支架的方向运动时，由于轨迹槽311的存在，摆动板32将绕着转轴S的轴线旋转而产生倾角，倾斜后的摆动板32产生对弹簧模块式的施压机构33的压力，从而推动万向球轴承336向下运动改变抛光盘1的重心位置。而该轨迹板311还可以根据工件面形而设置，这样可以根据工件面形，选择合适的轨迹板，不同的轨迹槽可以产生不同的变化规律的摆动板倾角，从而产生不同的变化规律的弹力，以适应工件的面型变化。

本发明还揭示了一种利用上述的轨迹控制式重心可调抛光机构的抛光方法，其工作流程主要有：

（1）根据抛光工件图纸求出工件字母线轨迹坐标，并生成抛光机器人运动程序；

（2）抛光机器人带动抛光盘1沿着工件母线由中心向外运动，同时工件与抛光盘1自转开始抛光；

（3）当支撑机构4带动抛光盘1靠近轨迹板31时，摆动板32上的凸块321在轨迹板31的轨迹槽311内移动，该重心调整机构3开始工作，摆动板32开始倾斜，靠近工件中心的弹簧模块即施压机构33弹力增大，消除边缘效应。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：包括抛光盘（1）、动力传动机构（2）、重心调整机构（3）及支撑机构（4）；所述的动力传动机构（2）包括电机（21）及动力主轴（22），该动力主轴与该抛光盘（1）之间采用柔性连接；该重心调整机构（3）包括轨迹板（31）、摆动板（32）以及施压机构（33）；该轨迹板（31）固定不动，其上开有轨迹槽（311）；该摆动板（32）轴接所述动力主轴（22）之外，其上设有与轨迹槽（311）配合的凸块（321）；该施压机构（33）位于摆动板（32）及抛光盘（1）之间，用以将摆动板（32）的摆动压力传递给抛光盘（1）。

2.根据权利要求1所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的施压机构（33）包括内套筒（331）、外套筒（332）、内弹簧（333）、外弹簧（334）、顶杆（335）及施压杆（336）；该内套筒（331）套在外套筒（332）之外，两者之间套有所述外弹簧（334），该内套筒（331）内放置所述内弹簧（333）；该顶杆（335）固定在内套筒（331）上方；该施压杆（336）顶部穿过内套筒（331）和外套筒（332）与所述内弹簧（333）连动；该施压机构（33）固定在一主轴套筒（41），该主轴套筒（41）套在动力主轴（22）之外。

3.根据权利要求2所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的内套筒（331）顶部固定有一端盖（337），所述的顶杆（335）固定在该端盖（337）上。

4.根据权利要求2所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的施压杆（336）顶部通过螺纹与位于内套筒（331）内的螺母（338）锁紧固定，通过该螺母（338）压缩所述的内弹簧（333）。

5.根据权利要求2所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的施压杆（336）为万向球轴承，该万向球轴承顶部对视螺柱与位于内套筒（331）内的螺母（338）锁紧固定，通过该螺母（338）压缩所述的内弹簧（333）。

6.根据权利要求2所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的施压机构（33）固定在一支撑架（43）上，该支撑架（43）一端锁在所述主轴套筒（41）上，一端为C形卡槽，所述外套筒（332）外壁设有凹槽与该C形卡槽相互卡固配合。

7.根据权利要求1所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述抛光盘（1）与动力主轴（22）之间的柔性连接结构为，所述动力主轴（22）底部设有一对圆柱形凸块（221），所述抛光盘（1）上设有安装孔（11），该安装孔内设有直槽（12），该圆柱形凸块（221）与直槽（12）配合卡固形成柔性连接。

8.根据权利要求2所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的支撑机构（4）包括用以固定所述电机（21）的电机座（42），所述的主轴套筒（41）固定在该电机座（42）上；所述的摆动板（32）套在该主轴套筒（41）之外，其轴接在该主轴套筒上的横向转轴S上；所述的轨迹板（31）相对该转轴S还可以进一步的设置一直线凹槽（312）。

9.根据权利要求2-6任一所述的轨迹控制式重心可调抛光机构，其特征在于：所述的施压机构（33）设置有一个、两个或者多个，而设置多个时为在同一圆周均匀分布。

10.一种使用如权利要求1-9任一所述的轨迹控制式重心可调抛光机构的抛光方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）根据抛光工件图纸求出工件字母线轨迹坐标，并生成抛光机器人运动程序；

（2）抛光机器人带动抛光盘沿着工件母线由中心向外运动，同时工件与抛光盘自转开始抛光；

（3）当支撑机构带动抛光盘靠近轨迹板时，摆动板上的凸块在轨迹板的轨迹槽内移动，该重心调整机构开始工作，摆动板开始倾斜，靠近工件中心的弹簧模块即施压机构弹力增大，消除边缘效应。

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