CN112605848A - 电磁式重心可调抛光盘机构及抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁式重心可调抛光盘机构及抛光方法，该抛光盘机构包括抛光盘、动力传动机构、重心调整机构以及支架；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；所述的重心调整机构包括位置相对的电磁铁和永久磁铁，该电磁铁固定安装在所述支架上；该永久磁铁安装在抛光盘上，且该电磁铁与永久磁铁具有间隙。本发明利用电磁铁的电磁力，之后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。
Description
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，特别涉及一种电磁式重心可调抛光盘机构及抛光方法。
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电磁式重心可调抛光盘机构及抛光方法，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：
一种电磁式重心可调抛光盘机构，包括抛光盘、动力传动机构、重心调整机构以及支架；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；所述的重心调整机构包括位置相对的电磁铁和永久磁铁，该电磁铁固定安装在所述支架上；该永久磁铁安装在抛光盘上，且该电磁铁与永久磁铁具有间隙。
优选地，所述的抛光盘内设置有容腔，该容腔内设置有一凸台，所述永久磁铁为环形永久磁铁，其通过磁铁轴承安装在该凸台上。
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，所述抛光盘与动力主轴之间的柔性连接结构为柔性传动轴，即两者之间采用柔性传动轴进行连接。
优选地，所述的抛光盘包括基座、中盖板与上盖板，三者四周边缘通过螺母和螺钉密封安装在一起，且该中盖板将基座与上盖板之间的容腔分成上下两部分，下部分形成气囊腔，上部分形成所述的容腔。
优选地，所述的抛光盘底部设有抛光垫。
优选地，所述的电磁铁设置有一个、两个或者多个，而设置多个时为在同一圆周均匀分布。
优选地，通过调整外接电源电流大小或方向，使电磁铁产生吸力或斥力，进行实时精准的控制对抛光盘的压力，改变抛光盘的重心。
一种使用上述的电磁式重心可调抛光盘机构的抛光方法，包括如下步骤：
（1）根据抛光工件图纸求出工件母线轨迹坐标，并生成抛光运动程序；
（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）定时判断抛光盘是否露出；
（4）如果判断为否，则重心调整机构不工作，返回步骤（2）继续沿轨迹加工；
（5）如果判断为是，则重心调整机构开始工作，并根据抛光盘露出工件边缘的距离估算电磁力，之后输入电压调节电磁力，靠近工件中心的电磁斥力增大，靠近工件边缘的电磁吸力增大，使电磁铁吸引或排斥永久磁铁，进行实时精准的控制对抛光盘的压力，使抛光盘重心改变；
（6）返回第（2）步，直到抛光加工结束。
优选地，判断抛光盘是否露出工件的方法为：抛光盘在工件母线的轨迹上运动，根据工件的尺寸和抛光盘的进给速度可以估计抛光盘的位置，即估计抛光盘何时露出工作以及露出的距离。
优选地，所述步骤（5）结束之后，整理并分析工作参数，指导下一次抛光作业。
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．本发明所述的电磁式重心可调抛光盘，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，抛光盘在电磁力的作用下，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，电磁力可以通过抛光盘露出工件边缘的距离进行估算，然后使用上位机软件进行控制，并且可以根据工件的加工效果进行调节，最终消除塌边等边缘效应问题，实现工件全口径面形的抛光加工。
3．本发明所述电磁力可以通输入电压的大小和方向实现精准控制，由此重心调整机构对抛光盘的作用力可以实现实时调节和精准的控制。
总之，本发明所述的电磁式重心可调抛光盘机构及其抛光方法，利用电磁铁的电磁力，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为本发明所述抛光盘机构第一实施例的外部结构示意图；
图2为本发明所述抛光盘机构第一实施例的抛光盘剖面结构示意图；
图3为本发明所述抛光盘机构第一实施例抛光盘和传动轴柔性连接的结构示意图；
图4为本发明所述抛光盘机构第二实施例的外部结构示意图；
图5为本发明所述抛光盘机构第三实施例的外部结构示意图；
图6为本发明所述抛光盘机构第三实施例的抛光盘剖面结构示意图；
图7为本发明所述抛光盘机构第三实施例抛光盘、柔性传动轴和动力主轴的结构示意图；
图8为本发明所述抛光盘机构第三实施例的电磁铁结构的外部示意图；
图9为本发明所述抛光盘方法的流程图。
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。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所揭示的是一种电磁式重心可调抛光盘机构，如图1-3所示，为本发明的第一较佳实施例。所述的抛光盘机构包括抛光盘1、动力传动机构2、重心调整机构3及支架4。其中：
所述的抛光盘1可以为普通磨石状抛光盘，也可以为气囊状抛光盘。本实施例，该抛光盘1为气囊状抛光盘，即其内部设有气囊腔。具体为，该抛光盘1可包括基座11与上盖板12，两者四周边缘密封固定，两者之内设有密闭的气囊腔13，形成普通的气囊抛光盘。进一步的，在该气囊腔13内充满有非牛顿液体14，从而形成非牛顿液体抛光盘。另外，所述的抛光盘1底部可设置有抛光垫15，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15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3所示，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16，该安装孔16内设有直槽17，安装时，所述的圆柱形凸块221与直槽17配合卡固，形成柔性连接。使用时，动力主轴22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221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。
所述的重心调整机构3包括位置相对的电磁铁31和永久磁铁32，该电磁铁31固定安装在所述所述的支架4上。所述的永久磁铁32安装在抛光盘1上，可以安装在抛光盘1的上表面也可以安装在抛光盘1之内，而该电磁铁31与永久磁铁32之间需留有间隙。优选安装在抛光盘1之内，具体的，该抛光盘1内可以设置一容腔18，所述的永久磁铁32可以安装在该容腔18内。进一步的，可以在所述容腔18内设置一凸台181，该凸台181可以设置在所述的上盖板12下方，该永久磁铁32为环形永久磁铁，其通过磁铁轴承33安装在所述凸台181上。设置磁铁轴承33的目的是为了减少永久磁铁32的运动，减小电磁铁31与永久磁铁32的作用力产生径向剪切分力，进而减小受力分析的难度。对于气囊状抛光盘1，可以进一步设置一个中盖板19，该中盖板19将基座11与上盖板12之间的容腔分成上下两部分，下部分形成所述的气囊腔13，上部分形成所述的容腔18。而所述基座11、中盖板19和上盖板12可以通过螺母和螺钉安装在一起。
所述的支架4用以支撑各部件，其可以包括电磁铁支撑架41及电机座42，该电机座42安装在电磁铁支撑架41上，所述的主轴电机22和联轴器23则安装在电机座42上。所述电磁铁31则安装在该电磁铁支撑架41上。
本发明所述重心调整机构3的工件原理为：当抛光盘1在工件上有露出时，通过调整外接电源电流大小或方向，使电磁铁31产生吸力或斥力，以吸引抛光盘1内的永久磁铁32，靠近工件中心的电磁斥力增大，靠近工件边缘的电磁吸力增大，抛光盘在磁力合力作用下发生重心的偏移，使工件在中间区域抛光应力增大，而边缘区域上的应力减小，使工件中间区域和边缘区域的去除量达到一致，达到一种反向应力补偿的效果，减小了边缘效应的产生。
本发明所述重心调整机构3中的电磁铁31可以安装一个（如图1）也可以安装多个（如图4）。当安装一个电磁铁31时，电磁铁可以很好的响应直流电源的变化，避免了多个电磁铁响应速度不一致的影响；但此时磁力只有一个作用点容易造成此作用点处的应力集中而不能很好的改善工件表面应力分布。当安装多个电磁铁31时，抛光盘1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，不能保证每个电磁铁其响应速度都是一致，这就有可能造成磁力不一致而导致应力分布不均，然而由于抛光盘是高速旋转的也会减少这一因素的影响，因此优选的，电磁铁的数目为三个，且在同一圆周均布设置。
如图5-8所示，为本发明人第三实施例，该实施例所述的抛光盘机构同样包括抛光盘1、动力传动机构2、重心调整机构3及支架4，且图中与第一实施例相同结构的标号也相同，不再详细说明。
本实施例所不同的是：所述的动力主轴22与所述抛光盘1之间的柔性连接采用柔性传动轴，即两者之间采用柔性传动轴5进行连接。
本实施例另一不同之处在于：所述的电磁铁支撑架41中间设有轴孔，轴孔内安装有轴承6，该磁铁支撑架41通过该轴承6安装在动力主轴22上。
参见图9所示，本发明还揭示了一种利用上述的电磁式重心可调抛光盘机构的抛光方法，其工作流程包括如下步骤：
（1）根据抛光工件图纸求出工件母线轨迹坐标，并生成抛光运动程序；
（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）定时判断抛光盘是否露出，具体可以采用如下判断方法：抛光盘在工件母线的轨迹上运动，根据工件的尺寸和抛光盘的进给速度可以估计抛光盘的位置，即估计抛光盘何时露出工作以及露出的距离；
（4）如果判断为否，则重心调整机构3不工作，返回步骤（2）继续沿轨迹加工；
（5）如果判断是，则重心调整机构3开始工作，并根据抛光盘露出工件边缘的距离估算电磁力，之后输入电压调节电磁力，靠近工件中心的电磁斥力增大，靠近工件边缘的电磁吸力增大，使电磁铁31吸引或排斥永久磁铁32，进行实时精准的控制对抛光盘1的压力，使抛光盘1重心改变；
（6）整理并分析工作参数，指导下一次抛光作业；
（7）返回第（2）步，直到抛光加工结束。
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)
1.一种电磁式重心可调抛光盘机构，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）以及支架（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；所述的重心调整机构（3）包括位置相对的电磁铁（31）和永久磁铁（32），该电磁铁（31）固定安装在所述支架（4）上；该永久磁铁（32）安装在抛光盘（1）上，且该电磁铁（31）与永久磁铁（32）具有间隙。
2.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的抛光盘（1）内设置有容腔（18），该容腔（18）内设置有一凸台（181），所述永久磁铁（32）为环形永久磁铁，其通过磁铁轴承（33）安装在该凸台（181）上。
3.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，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（16），该安装孔内设有直槽（17），该圆柱形凸块（221）与直槽（17）配合卡固形成柔性连接。
4.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，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柔性传动轴，即两者之间采用柔性传动轴（5）进行连接。
5.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的抛光盘（1）包括基座（11）、中盖板（19）与上盖板（12），三者四周边缘通过螺母和螺钉密封安装在一起，且该中盖板将基座与上盖板之间的容腔分成上下两部分，下部分形成气囊腔（13），上部分形成所述的容腔（18）。
6.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的抛光盘（1）底部设有抛光垫（13）。
7.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的电磁铁（31）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。
8.根据权利要求1所述的电磁式重心可调抛光盘机构，其特征在于：通过调整外接电源电流大小或方向，使电磁铁（31）产生吸力或斥力，进行实时精准的控制对抛光盘（1）的压力，改变抛光盘（1）的重心。
9.一种使用如权利要求1-8任一所述的电磁式重心可调抛光盘机构的抛光方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）根据抛光工件图纸求出工件母线轨迹坐标，并生成抛光运动程序；
（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，同时工件与抛光盘自转开始抛光；
（3）定时判断抛光盘是否露出，具体可以采用如下判断方法：抛光盘在工件母线的轨迹上运动，根据工件的尺寸和抛光盘的进给速度可以估计抛光盘的位置，即估计抛光盘何时露出工作以及露出的距离；
（4）如果判断为否，则重心调整机构（3）不工作，返回步骤（2）继续沿轨迹加工；
（5）如果判断为是，则重心调整机构（3）开始工作，并根据抛光盘露出工件边缘的距离估算电磁力，之后输入电压调节电磁力，靠近工件中心的电磁斥力增大，靠近工件边缘的电磁吸力增大，使电磁铁（31）吸引或排斥永久磁铁（32），进行实时精准的控制对抛光盘（1）的压力，使抛光盘重心改变；
（6）返回第（2）步，直到抛光加工结束。
10.根据权利要求9所述的抛光方法，其特征在于：所述步骤（5）结束之后，整理并分析工作参数，指导下一次抛光作业。
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