CN112621458A - 弹簧式重心可调抛光盘机构及抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹簧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、动力主轴、主轴电机、支架以及重心调整机构；所述的主轴电机和重力调整机构安装在所述支架上，该主轴电机通过动力主轴为抛光盘提供旋转动力；该抛光盘与动力主轴之间采用柔性连接；所述的重心调整机构包括伸缩电机、套筒、弹簧及压点部件；该伸缩电机的电机轴与套筒的上方连接固定；该弹簧安装在该套筒内；该压点部件上方从设置在所述套筒下方的通孔伸入到套筒之内，与所述的弹簧连动，而该压点部件的底部可压在所述的抛光盘顶面。本发明利用伸缩电机配合弹簧模式，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

弹簧式重心可调抛光盘机构及抛光方法
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，特别涉及一种弹簧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弹簧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：
一种弹簧式重心可调抛光盘机构，包括抛光盘、动力主轴、主轴电机、支架以及重心调整机构；所述的主轴电机和重力调整机构安装在所述支架上，该主轴电机通过动力主轴为抛光盘提供旋转动力；该抛光盘与动力主轴之间采用柔性连接；所述的重心调整机构包括伸缩电机、套筒、弹簧及压点部件；该伸缩电机的电机轴与套筒的上方连接固定；该弹簧安装在该套筒内；该压点部件上方从设置在所述套筒下方的通孔伸入到套筒之内，与所述的弹簧连动，而该压点部件的底部可压在所述的抛光盘顶面。
优选地，所述的压点部件为万向球轴承，或者该压点部件的底部为球面。
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，所述的套筒由底部封闭的筒状体及封盖于筒状体之上的端盖组成。
优选地，所述的压点部件的顶部设有螺杆，所述套筒内部设置一个螺母，该螺杆从所述通孔伸入套筒之后与螺母锁在一起。
优选地，所述的抛光盘底部设有抛光垫。
优选地，所述的重心调整机构设置有一个、两个或者多个，而设置多个时为在同一圆周均匀分布。
优选地，所述伸缩电机电机轴的位移量，可以控制所述弹簧的压缩量，进行实时精准的控制对抛光盘的压力，改变抛光盘的重心。
一种使用上述弹簧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弹簧弹力，之后通过伸缩电机的电机轴位移量，来控制弹簧的压缩量，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．本发明所述的弹簧式重心可调抛光盘，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，抛光盘在弹簧弹力的作用下，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，弹簧弹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．本发明所述弹簧的压缩量可以通过伸缩电机的位移量实现精准控制，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，本发明所述的弹簧式重心可调抛光盘机构及其抛光方法，利用伸缩电机配合弹簧模式，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例例的结构示意图（安装一个重心调节模块）；
图2为本发明所述抛光盘机构第二实例例的结构示意图（安装三个重心调节模块的；
图3为本发明所述抛光盘机构的抛光垫、抛光盘和动力主轴连接的剖面结构示意图；
图4为本发明所述抛光盘机构的弹簧式重心调整机构外部示意图；
图5为本发明所述抛光盘机构的弹簧模块剖面结构示意图；
图6为本发明所述抛光方法的抛光工作流程图。
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。
本发明所揭示的是一种弹簧式重心可调抛光盘机构，如图1-5所示，为本发明的较佳实施例。所述的抛光盘机构主要包括抛光盘1、动力主轴2、主轴电机3、支架4以及重心调整机构5。其中：
所述的抛光盘1与所述的动力主轴2下端连接，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2底部设有一对圆柱形凸块21，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21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，所述的抛光盘1底部可设有抛光垫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。
所述的动力主轴2为抛光盘1提供动力，其顶部与所述的主轴电机3连接。具体地，主轴电机3可以使用联轴器6与动力主轴2连接传输动力。
所述的支架4用以支撑各部件，其可以包括电机支撑板41及电机座42，该电机座42安装在电机支撑板41上，所述的主轴电机3和联轴器6则安装在电机座42上。
所述的重心调整机构5包括伸缩电机51、套筒52、弹簧53及压点部件54。所述的伸缩电机51安装在所述的支架4上，具体可以安装在所述电机支撑板41上，该伸缩电机51的电机轴511与所述套筒52的上方连接固定。所述的套筒52底部设有通孔521，为了方便制造与安装，所述的套筒52可以由底部封闭的筒状体522及封盖于筒状体522之上的端盖523组成，所述的电机轴511与端盖523连接固定。所述的弹簧53安装在该套筒52内。所述的压点部件54上方从所述通孔521伸入套筒52之内，与所述的弹簧53连动，该压点部件54的底部可压在所述的抛光盘1顶面，对抛光盘1产生压力。该压点部件54底部可以为球面以减少接触面，具体地，可以采用万向球轴承做为压点部件54。另外，为了方便压点部件54与弹簧53的连动安装，可以在该压点部件54的顶部设置一螺杆541，并在所述套筒52内部设置一个螺母542，螺杆541从所述通孔521伸入套筒52之后与螺母542锁在一起。本发明所述重心调整机构5的工件原理为：所述套筒52在伸缩电机51的电机轴511的作用下向下运动，当万向球轴承54接触到抛光盘1时，弹簧53开始被压缩，此时万向球轴承54与抛光盘1之间的压力大小等于弹簧53弹力的值，而弹簧53的压缩量可以通过伸缩电机51的电机轴511位移量实现精准控制，由此弹簧模块对抛光盘1的作用力是可以实现实时调节和精准控制的，当抛光盘1在工件上的露出距离增大时，靠近工件中心区域的弹簧模块弹力逐渐增大而靠近工件边缘区域的弹簧模块弹力逐渐减小，工件中间区域的抛光应力的增大，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。
本发明所述的重心调整机构5可以安装一个（如图1）也可以安装多个（如图2）。当安装一个重心调整机构5时，该重心调整机构5可以很好的响应伸缩电机51的变化，避免了多个重心调整机构5响应速度不一致的影响，但此时弹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。当安装多个重心调整机构5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，不能保证每个重心调整机构5其响应速度都是一致的，这就有可能造成弹力不一致而导致应力分布不均，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，重心调整机构5的数目为三个，且在同一圆周均布设置。
参见图6所示，本发明还揭示了一种利用上述的弹簧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5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5开始工作，并根据抛光盘露出工件边缘的距离估算弹簧弹力，之后通过伸缩电机51的电机轴511位移量，来控制弹簧53的压缩量，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)

1.一种弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：包括抛光盘（1）、动力主轴（2）、主轴电机（3）、支架（4）以及重心调整机构（5）；所述的主轴电机（3）和重力调整机构（5）安装在所述支架（4）上，该主轴电机（3）通过动力主轴（2）为抛光盘（1）提供旋转动力；该抛光盘（1）与动力主轴（2）之间采用柔性连接；所述的重心调整机构（5）包括伸缩电机（51）、套筒（52）、弹簧（53）及压点部件（54）；该伸缩电机的电机轴（511）与套筒（52）的上方连接固定；该弹簧（53）安装在该套筒（52）内；该压点部件（54）上方从设置在所述套筒下方的通孔（521）伸入到套筒（52）之内，与所述的弹簧（53）连动，而该压点部件（54）的底部可压在所述的抛光盘（1）顶面。
2.根据权利要求1所述的弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的压点部件（54）为万向球轴承，或者该压点部件（54）的底部为球面。
3.根据权利要求1所述的弹簧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（2）之间的柔性连接结构为，所述动力主轴（2）底部设有一对圆柱形凸块（21），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（21）与直槽（12）配合卡固形成柔性连接。
4.根据权利要求1所述的弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的套筒（52）由底部封闭的筒状体（522）及封盖于筒状体（522）之上的端盖（523）组成。
5.根据权利要求1所述的弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的压点部件（54）的顶部设有螺杆（541），所述套筒（52）内部设置一个螺母（542），该螺杆（541）从所述通孔（521）伸入套筒（52）之后与螺母（542）锁在一起。
6.根据权利要求1所述的弹簧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所述的弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述的重心调整机构（5）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所述的弹簧式重心可调抛光盘机构，其特征在于：所述伸缩电机（51）电机轴（511）的位移量，可以控制所述弹簧（53）的压缩量，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任一所述的弹簧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（5）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（5）开始工作，并根据抛光盘（1）露出工件边缘的距离估算弹簧弹力，之后通过伸缩电机（51）的电机轴（511）位移量，来控制弹簧（53）的压缩量，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。
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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