CN113618542A - 一种抛光设备 - Google Patents

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CN113618542A CN202110791252.0A CN202110791252A CN113618542A CN 113618542 A CN113618542 A CN 113618542A CN 202110791252 A CN202110791252 A CN 202110791252A CN 113618542 A CN113618542 A CN 113618542A
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夏超翔
张旭
李晓静
裴宁
聂凤明
张广平
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Abstract

一种抛光设备，包括：机架(1)、抛光头(2)、第一传感器(3)、转动件(4)和第一驱动件(5)，所述抛光头(2)连接有第一连接件(21)；所述第一传感器(3)用于检测加工精度或检测待抛光面的几何尺寸，其连接有第二连接件(31)；所述转动件(4)以能转动的方式设于机架(1)上，且转动件(4)上设有供上述第一连接件(21)、第二连接件(31)择一地与其拆卸式连接的连接头(41)；所述第一驱动件(5)作用在转动件(4)上，以驱动转动件(4)旋转。与现有技术相比，本申请能减少工件装卸次数，从而提高加工效率，并且提高加工精度。

Description

一种抛光设备
技术领域
本发明属于抛光技术领域，具体涉及一种抛光设备。
背景技术
数控小磨头抛光技术是采用计算机控制小磨头的抛光轨迹和驻留时间实现光学元件的全尺寸抛光加工，可加工平面和非球面光学元件。经过多年发展，小磨头抛光技术已成功应用于中小口径光学元件的超精密加工。随着航空航天、国防工业等领域的发展，对大尺寸非球面光学元件的需求日益迫切，大尺寸光学元件的制造要求为高的加工精度和高的加工效率。
目前非球面光学元件的抛光设备如专利号为ZL201210467005.6的发明专利《一种非球面光学元件抛光装置及抛光方法》(授权公告号为CN102922389B)公开的结构，其包括有底座、工作台旋转驱动电机、工作台翻转驱动电机、工作台旋转轴、三轴直线电机、三轴导轨、工作台翻转轴、工作台底座、工作台、立柱、横梁、Z轴底座、气囊工具和控制系统。抛光方法为：气囊工具以两轴联动方式配合工作台的旋转完成对非球面光学元件上某点及其环带上其他点的抛光；工作台停止旋转，控制Z轴直线电机和工作台翻转驱动电机使元件上下一个抛光点的法线方向转至竖直方向，计算气囊工具在X轴方向需要进给的长度，并通过X轴直线电机完成；控制Z轴直线电机向下带动气囊工具以两轴联动方式配合工作台的旋转完成元件上下一个抛光点及其环带上其他点的抛光。
目前采用的小磨头抛光技术抛光工具尺寸较小，以伺服电机为驱动源，使用离线测量方式测量抛光面形，极大影响了大尺寸光学元件的制造效率，而且在加工过程中需要多次装卸工件，降低了加工精度，同时多次搬运增加元件损坏的风险。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能减少工件装卸次数，从而提高加工效率的抛光设备。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种抛光压力能精确控制的抛光设备。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种适用于大尺寸非球面光学元件加工的抛光设备。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种抛光设备，包括：
机架；
其特征在于还包括有：
抛光头，其连接有第一连接件；
第一传感器，用于检测加工精度或检测待抛光面的几何尺寸，其连接有第二连接件；
转动件，以能转动的方式设于机架上，且转动件上设有供上述第一连接件、第二连接件择一地与其拆卸式连接的连接头；
第一驱动件，作用在转动件上，以驱动转动件旋转。
本申请的各连接件与连接头之间可通过螺栓连接、卡接或螺纹连接等，为便于各连接件与连接头的拆装的同时，保证连接头与连接件的连接强度，优选地，所述连接头包括弹性夹头、锁紧件，所述弹性夹头具有供所述第一连接件或第二连接件的至少局部伸入其中的穿孔，且该穿孔的孔径在外力作用下缩小，从而抱紧上述第一连接件或第二连接件；所述锁紧件套设在弹性夹头的外周以提供上述外力。
优选地，所述第一连接件、第二连接件的至少局部为杆状体；所述弹性夹头由若干个弹性条沿周向间隔布置连接而成，且各弹性条沿周向围合成上述的穿孔；各弹性条的第一端部与所述转动件相连，第二端部为自由端，所述锁紧件为锁紧螺母，该锁紧螺母套设在若干个弹性条的第二端部的外周，并与所述转动件螺纹连接。通过拧紧锁紧螺母即可实现缩小穿孔的孔径，进而使得弹性夹头抱紧第一连接件或第二连接件的杆状体。
优选地，所述抛光头为盘状结构，其具有进行抛光作业的工作面、与工作面相对的用于与第一连接件相连的连接面，所述连接面的中央开设有球形槽，所述第一连接件上设有能插入球形槽内的球形头；还包括有一根销轴，所述抛光头的侧壁以及球形头上均开设有供该销轴穿过的轴孔，该轴孔与所述工作面基本平行，从而使得抛光头与第一连接件转动连接。进而抛光头能随着第一连接件同步转动的同时，抛光头还能相对第一连接件进行转动。
在上述方案中，所述第一传感器用于检测加工精度，还包括有用于检测待抛光面的几何尺寸的第二传感器，该第二传感器连接有第三连接件，该第三连接件被布置成能拆卸式地连接在连接头上。第三连接件与连接头的连接方式可参考上述第一、第二连接件与连接头的连接方式。
优选地，所述第一传感器为激光位移传感器；所述第二传感器为三坐标探头。
在上述各方案中，所述第一驱动件包括定子和动子，所述定子设于机架上且呈内部中空的筒状体，所述动子轴向插设在定子内，并在定子的驱动下能相对定子转动，所述转动件与所述动子相连接。
为进一步解决上述第二个技术问题，优选地，所述转动件之与动子相连接的部分为杆状结构；所述动子呈筒状体，其内部具有轴向延伸并贯穿动子两端的通道，所述转动件的杆状结构由动子的第一端伸入通道内，且杆状结构的外壁与通道内壁密封配合，所述动子的第二端为供工作气体进入的进入端，从而使得所述杆状结构在工作气体产生的压力作用下沿着通道移动；所述杆状结构上连接有横向延伸的连接轴，所述动子的侧壁上设有供连接轴插入的定位孔，该定位孔沿轴向延伸且轴向上具有第一端和第二端，在连接轴抵接在所述第一端或第二端的状态下，所述杆状结构遮挡在定位孔的内侧。
为进一步解决上述第三个技术问题，优选地，所述定子与动子竖向设置，还包括有第二驱动件和第三驱动件，所述第二驱动件的输出端与所述定子相连，以驱动定子前后转动，所述第三驱动件设于机架上，其输出端与所述第二驱动件相连，用于驱动与第二驱动件相连的定子左右转动。
优选地，所述机架被布置成能在外力作用下上下移动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置抛光头、第一传感器、转动件和第一驱动件，且抛光头和第一传感器能择一地连接在转动件的连接头上，并可脱卸，如此，使用者可根据抛光工序选择抛光头或第一传感器安装至连接头上，实现工件能在原位上进行抛光和检测，进而减少了工件装夹次数，提高加工效果。且第一传感器的设置能提高工件的加工精度。
通过将第一驱动件设计为具有定子和动子的结构来驱动转动件转动，具有结构简单、驱动扭矩大的优点；且通过定子、动子的结构设计，通过气压控制转动件受到的压力，能实现抛光压力精确控制；且由于进气端设于动子顶部，动子的旋转不会影响工作气体的输入。
通过增设第二驱动件和第三驱动件，并配合机架的上下运动，能实现连接头沿X、Y、Z轴方向的运动，运动精度高，适用于大尺寸非球面光学元件加工。
最后本申请结构简单、便于实施。
附图说明
图1为本发明实施例中装配有抛光头的抛光设备的主视图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明实施例中装配有第二传感器的抛光设备的主视图；
图4为本发明实施例中装配有第一传感器的抛光设备的主视图；
图5为图1中A部的放大图；
图6为图1中B部的放大图；
图7为本发明实施例中连接轴与定位孔之间的结构示意图(抛光状态下)。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～7所示，为本发明的一种抛光设备的一个优选实施例，该抛光设备包括机架1、抛光头2、第一传感器3、第二传感器6、转动件4、第一驱动件5、第二驱动件7和第三驱动件8。
上述机架1被布置成能在外力作用下上下移动。且机架1上设有用于放置第一传感器3和第二传感器6的结构。第一传感器3、第二传感器6能从机架1上去取下。
抛光头2连接有第一连接件21，该第一连接件21为竖向设置的杆状体。该抛光头2为横置的盘状结构，并具有进行抛光作业的工作面2a、与工作面2a相对的用于与第一连接件21相连的连接面2b，工作面2a位于抛光头2的底面，工作面2a上粘贴有聚氨酯抛光垫，聚氨酯抛光垫上开有十字槽。连接面2b的中央开设有球形槽22，第一连接件21的底端上设有能插入球形槽22内的球形头211；还包括有一根销轴，抛光头2的侧壁以及球形头211上均开设有供该销轴穿过的轴孔20，该轴孔20与工作面2a基本平行，从而使得抛光头2与第一连接件21转动连接。本实施例中抛光头2的直径为200mm，可根据需要更换不同直径抛光头2。
第一传感器3为用于检测加工精度的激光位移传感器，第二传感器6为用于检测待抛光面的几何尺寸的三坐标探头。且第一传感器3连接有第二连接件31，第二传感器6连接有第三连接件61，该第二连接件31、第三连接件61均为竖向设置的杆状体。
上述第一驱动件5包括定子51和动子52，定子51呈竖向设置且内部中空的筒状体，动子52呈竖向设置的筒状体，动子52轴向插设在定子51内，并通过轴承53与定子51相连，动子52在定子51的驱动下能相对定子51转动。且本实施例的动子52内部具有轴向延伸并贯穿动子52两端的通道520，该通道520竖向设置，且通道520的第二端(即上端)为供工作气体进入的进入端，该进入端的上方连接有进气接头9，进气接头9的底部插设在通道520的第二端内并与动子52相连接，以随动子52转动，且进气接头9的底部侧壁与通道520的第二端的内壁之间通过第一密封圈91密封配合。同时该进气接头9的上部侧壁具有进气口9a、底壁具有出气口9b，该出气口9b对应通道520设置，且出气口9b与进气口9a之间通过内部气道90相连通，该内部气道90大致呈倒置的L型结构，如此，由进气接头9的进气口9a进入的工作气体能进入通道520内。
上述转动件4的局部与动子52相连接，并能随动子52同步转动。具体地，转动件4整体呈竖向延伸的杆状结构，该杆状结构的上部由动子52的第一端(即下端)伸入通道520内，且杆状结构的上部外壁与通道520内壁之间通过第二密封圈92密封配合，杆状结构的顶端与通道520内壁以及进气接头9的底部之间形成密闭的空间，从而使得杆状结构在工作气体产生的压力作用下沿着通道520移动。本实施例中为实现杆状结构能随着动子52同步转动的同时还能上下移动，杆状结构的上部连接有横向延伸的连接轴42，动子52的侧壁上设有供连接轴42插入的定位孔521，定位孔521的孔径与连接轴42的外径相匹配，具体请参见图7，该定位孔521沿轴向延伸且轴向上具有第一端5211和第二端5212，在连接轴42抵接在第一端5211或第二端5212的状态下，杆状结构遮挡在定位孔521的内侧。且本实施例中，为进一步防止气体从定位孔521泄露，上述第二密封圈92设于定位孔521的上方。同时轴向延伸的定位孔521能较好地限定转动件4上下移动。
上述转动件4的底部设有供上述第一连接件21、第二连接件31、第三连接件61择一地与其拆卸式连接的连接头41，该连接头41包括弹性夹头411、锁紧件412，弹性夹头411由若干个竖向设置的弹性条沿周向间隔布置连接而成，各弹性条的第一端部(即上端部)与转动件4相连，第二端部(即下端部)为自由端，且各弹性条沿周向围合成供第一连接件21或第二连接件31或第三连接件61的顶部向上伸入其中的穿孔413，该穿孔413的孔径在外力作用下缩小，从而抱紧上述第一连接件21或第二连接件31或第三连接件61。上述锁紧件412套设在弹性夹头411的外周以提供上述外力。本实施例中，锁紧件412为锁紧螺母，该锁紧螺母套设在若干个弹性条的第二端部的外周，并与转动件4螺纹连接。同时，为进一步提高第一连接件21与转动件4之间的连接强度，转动件4下部设有与穿孔413相连通的螺纹孔43，第一连接件21的顶部设有外螺纹，第一连接件21的顶部穿过穿孔413后伸入螺纹孔43内与转动件4螺纹连接。
上述第二驱动件7为力矩电机，其输出端与定子51相连，以驱动定子51前后转动。第三驱动件8为设于机架1上的力矩电机，其输出端与第二驱动件7相连，用于驱动与第二驱动件7相连的定子51左右转动。
采用本实施例的抛光设备进行抛光的方法为：
抛光时，首先固定待抛光的工件，然后松开锁紧螺母，装上第二传感器7后拧紧锁紧螺母。通过机架1的上下移动以及定子51的前后、左右转动，测量工件的几何尺寸，计算出工件的几何中心，以该中心点为抛光基准点。然后更换上抛光头2，并打开工作气体，工作气体产生的压力通过进气接头9传递给转动件4，转动件4沿着动子52内部的通道移动，给第一驱动件5的定子51施加能量，动子52开始转动，动子10的旋转通过连接轴42传递给转动件4，转动件4的转动传递给抛光头2，抛光头2开始转动。根据预先生成的数控代码，控制抛光头2的位置和角度，实现非球面光学元件材料的去除。单次抛光后，更换上第一传感器3，对抛光面形进行在位检测，测量与加工多次迭代后，最终完成大尺寸非球面光学元件的加工。
本申请中各驱动件均为力矩电机，直接驱动对应的各部件转动。力矩电机具有简化结构、结构紧凑、输出力矩大的优点。

Claims (10)

1.一种抛光设备，包括：
机架(1)；
其特征在于还包括有：
抛光头(2)，其连接有第一连接件(21)；
第一传感器(3)，用于检测加工精度或检测待抛光面的几何尺寸，其连接有第二连接件(31)；
转动件(4)，以能转动的方式设于机架(1)上，且转动件(4)上设有供上述第一连接件(21)、第二连接件(31)择一地与其拆卸式连接的连接头(41)；
第一驱动件(5)，作用在转动件(4)上，以驱动转动件(4)旋转。
2.根据权利要求1所述的抛光设备，其特征在于：所述连接头(41)包括弹性夹头(411)、锁紧件(412)，所述弹性夹头(411)具有供所述第一连接件(21)或第二连接件(31)的至少局部伸入其中的穿孔(413)，且该穿孔(413)的孔径在外力作用下缩小，从而抱紧上述第一连接件(21)或第二连接件(31)；所述锁紧件(412)套设在弹性夹头(411)的外周以提供上述外力。
3.根据权利要求2所述的抛光设备，其特征在于：所述第一连接件(21)、第二连接件(31)的至少局部为杆状体；所述弹性夹头(411)由若干个弹性条沿周向间隔布置连接而成，且各弹性条沿周向围合成上述的穿孔(413)；各弹性条的第一端部与所述转动件(4)相连，第二端部为自由端，所述锁紧件(412)为锁紧螺母，该锁紧螺母套设在若干个弹性条的第二端部的外周，并与所述转动件(4)螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的抛光设备，其特征在于：所述抛光头(2)为盘状结构，其具有进行抛光作业的工作面(2a)、与工作面(2a)相对的用于与第一连接件(21)相连的连接面(2b)，所述连接面(2b)的中央开设有球形槽(22)，所述第一连接件(21)上设有能插入球形槽内的球形头(211)；还包括有一根销轴，所述抛光头(2)的侧壁以及球形头(211)上均开设有供该销轴穿过的轴孔(20)，该轴孔(20)与所述工作面(2a)基本平行，从而使得抛光头(2)与第一连接件(21)转动连接。
5.根据权利要求1所述的抛光设备，其特征在于：所述第一传感器(3)用于检测加工精度，还包括有用于检测待抛光面的几何尺寸的第二传感器(6)，该第二传感器(6)连接有第三连接件(61)，该第三连接件(61)被布置成能拆卸式地连接在连接头(41)上。
6.根据权利要求5所述的抛光设备，其特征在于：所述第一传感器(3)为激光位移传感器；所述第二传感器(6)为三坐标探头。
7.根据权利要求1～6中任一权项所述的抛光设备，其特征在于：所述第一驱动件(5)包括定子(51)和动子(52)，所述定子(51)设于机架(1)上且呈内部中空的筒状体，所述动子(52)轴向插设在定子(51)内，并在定子(51)的驱动下能相对定子(51)转动，所述转动件(4)与所述动子(52)相连接。
8.根据权利要求7所述的抛光设备，其特征在于：所述转动件(4)之与动子(52)相连接的部分为杆状结构；所述动子(52)呈筒状体，其内部具有轴向延伸并贯穿动子(52)两端的通道(520)，所述转动件(4)的杆状结构由动子(52)的第一端伸入通道(520)内，且杆状结构的外壁与通道(520)内壁密封配合，所述动子(52)的第二端为供工作气体进入的进入端，从而使得所述杆状结构在工作气体产生的压力作用下沿着通道(520)移动；所述杆状结构上连接有横向延伸的连接轴(42)，所述动子(52)的侧壁上设有供连接轴(42)插入的定位孔(521)，该定位孔(521)沿轴向延伸且轴向上具有第一端(5211)和第二端(5212)，在连接轴(42)抵接在所述第一端(5211)或第二端(5212)的状态下，所述杆状结构遮挡在定位孔(521)的内侧。
9.根据权利要求8所述的抛光设备，其特征在于：所述定子(51)与动子(52)竖向设置，还包括有第二驱动件(7)和第三驱动件(8)，所述第二驱动件(7)的输出端与所述定子(51)相连，以驱动定子(51)前后转动，所述第三驱动件(8)设于机架(1)上，其输出端与所述第二驱动件(7)相连，用于驱动与第二驱动件(7)相连的定子(51)左右转动。
10.根据权利要求9所述的抛光设备，其特征在于：所述机架(1)被布置成能在外力作用下上下移动。
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