CN116117644A - 仿形轮带的高精度抛光装置及其抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学加工领域，提供一种仿形轮带的高精度抛光装置及其抛光方法，抛光装置包括主驱动轮、束紧导向轮、抛光带、抛光导向轮组，抛光导向轮组包括第一抛光导向轮、第二抛光导向轮和抛光辅助导向轮，主驱动轮和第二抛光导向轮上安装有抛光带，束紧导向轮对称安装在主驱动轮和第二抛光导向轮中间位置的抛光带外侧，第二抛光导向轮安装在半球谐振子的窝口处，第一抛光导向轮的位置与半球谐振子的弧形区域的顶端持平，抛光辅助导向轮位于第一抛光导向轮和第二抛光导向轮的中间位置。本发明有效提高了半球谐振子类型的元件的抛光精度与抛光效率，并降低了接触式抛光产生的加工应力，能够实现抛光带的在线修整及在线测量。

Description

仿形轮带的高精度抛光装置及其抛光方法

技术领域

本发明涉及光学加工领域，特别涉及一种仿形轮带的高精度抛光装置及其抛光方法。

背景技术

半球谐振陀螺(Hemispherical Resonator Gyroscope, HRG)是一种新型的惯性级固体陀螺，其组成零部件少，主要由激励罩、半球谐振子、敏感基座三部分组成，其具有体积小重量轻，功耗低，抗辐照能力强，测量精度高，长期稳定性好，工作寿命长等特点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心器件，使用具有高品质因数Q的熔石英玻璃材料制成，针对半球谐振子的精密研磨抛光是精密制造的瓶颈技术，不仅需要提高抛光的精度，还需控制亚表面损伤的深度，具有较高的抛光效率。目前国内采用的技术方法主要基于多轴加工中心的小工具研磨抛光技术，有代表性的有哈工大提出的永磁流变精密抛光机床的磁流变精密抛光技术，北京航天控制仪器研究所研制的超精密磨削机床的高精度研抛技术等。虽然得到了较好的抛光结果，但是对加工中心平台提出了极高的要求，增加了制造成本，且由于小工具的加工效率较低，难以满足半球谐振子元件量产的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服抛光的精度小，亚表面损伤的深度大，且抛光效率低的缺陷，提出一种仿形轮带的高精度抛光装置及其抛光方法，能够实现半球谐振子元件类型的高精度光学零件的高精度抛光要求。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的仿形轮带的高精度抛光装置，包括主驱动轮、束紧导向轮、抛光带、抛光导向轮组，抛光导向轮组包括第一抛光导向轮、第二抛光导向轮和抛光辅助导向轮，抛光带张紧在主驱动轮与抛光导向轮组之间，主驱动轮用于为整个装置提供动力，束紧导向轮对称安装在主驱动轮和第一抛光导向轮之间的抛光带的外侧，用于调节抛光带的张紧力，且控制抛光带与半球谐振子的非抛光区域无接触，以第一抛光导向轮为固定点，将第一抛光导向轮安装在半球谐振子的窝口处，第二抛光导向轮的位置与半球谐振子的弧形区域的顶端持平，且第一抛光导向轮对应抛光带的抛光速度小于第二抛光导向轮对应抛光带的抛光速度，抛光辅助导向轮位于第一抛光导向轮和第二抛光导向轮之间的位置，通过弹簧元件对第二抛光导向轮和抛光辅助导向轮施加压力，使抛光区域上的材料去除量一致，抛光导向轮组用于改变抛光带的运动轨迹，通过调整抛光辅助导向轮的位置，使处于抛光导向轮组对应位置的抛光带的形状与半球谐振子的抛光接触区域完全吻合，使抛光带与半球谐振子进行仿形接触。

优选地，抛光带为双层结构，其中，底层为具有一定弹性的橡胶垫层，顶层为硬度较大的抛光模层，抛光带顶层的抛光模层与半球谐振子进行仿形接触。

优选地，抛光辅助导向轮的数量为至少一个。

优选地，半球谐振子倾斜放置，且绕中心自转。

本发明提供的半球谐振子的抛光方法，具体的操作步骤如下：

S1、安装仿形轮带的高精度抛光装置；

S2、在抛光导向轮组对应的抛光带的外侧选取三个关键特征点，分别使用三个接触性触发探头测量对应特征点的位置信息，若偏离标准位置，则驱动仿形修整工具进行自转，使其与仿形抛光带接触，实现对抛光带中的抛光模层的修整，直至测量结果与标准结果相同；

S3、取下仿形修整工具，装上待抛光的半球谐振子，将半球谐振子倾斜放置，且绕中心自转，调整半球谐振子的跳动小于2μm，驱动主驱动轮带动抛光带进行转动，结合抛光液，实现对半球谐振子的高精度有效抛光。

本发明能够取得如下技术效果：

1、本发明使用特殊设计的仿形轮带抛光装置对光学零件进行抛光，可有效控制抛光的接触面积，若增大接触面积可提高抛光加工的效率，而减小接触面积则可提高抛光装置对局部误差的修正能力。

2、本发明提出采用对抛光模层进行修整的方法，有利于提高抛光模层的表面精度与质量，使抛光模层与光学零件的表面接触良好，降低由于抛光模层与光学零件表面接触不良产生的加工误差与抛光装置磨损，且能够提高抛光加工的精度。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的仿形轮带的高精度抛光装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的仿形轮带的高精度抛光装置的抛光模测量的示意图。

图3是根据本发明实施例提供的半球谐振子的抛光方法的流程图。

其中的附图标记包括：主驱动轮1、束紧导向轮2、抛光带3、第二抛光导向轮4、抛光辅助导向轮5、第一抛光导向轮6、半球谐振子7、接触式触发探头8。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1和图2分别示出了根据本发明实施例提供的仿形轮带的高精度抛光装置的结构以及根据此装置的抛光模测量方式。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的仿形轮带的高精度抛光装置包括主驱动轮1、束紧导向轮2、抛光带3和抛光导向轮组，抛光导向轮组包括第二抛光导向轮4、抛光辅助导向轮5和第一抛光导向轮6，被测量元件为半球谐振子7，抛光带3的测量工具为接触式触发探头8。本发明提供的仿形轮带的高精度抛光装置的结构组成如下：

利用主驱动轮1为整个抛光装置提供动力，将抛光带3张紧在主驱动轮1与抛光导向轮组之间，抛光带3为双层结构，底层为具有一定弹性的橡胶垫层，顶层为硬度较大的抛光模层，为了方便对本装置进行阐述，下文所述的抛光带与抛光区域的接触形式，均为抛光模层与抛光区域相接触，不做另外的说明。束紧导向轮2对称安装在主驱动轮1和第一抛光导向轮6之间的抛光带的外侧，用于调节抛光带3的张紧力，且控制抛光带3与半球谐振子7的非抛光区域无接触，若半球谐振子7的倾斜角度较大，半球谐振子7的旋转轴与抛光带3之间的角度较大，为了使抛光带3与半球谐振子7的抛光区域相吻合，不留空隙，这时调整束紧导向轮2，使抛光带3的张紧力变小，直至抛光带3和半球谐振子7的抛光区域完全接触，若半球谐振子7的倾斜角度较小，调整束紧导向轮2，使抛光带3的张紧力变大。

这里将第一抛光导向轮6安装在半球谐振子7的窝口处，第二抛光导向轮4的位置与半球谐振子7的弧形区域的顶端持平，然后根据半球谐振子7的尺寸选择抛光辅助导向轮5的个数，将抛光辅助导向轮5置于第一抛光导向轮6和第二抛光导向轮4之间的位置，在半球谐振子7的抛光区域范围内，由于抛光带3距离半球谐振子7的回转中心轴的距离各不相同，导致在第一抛光导向轮6附近的抛光带3的抛光线速度最小，在第二抛光导向轮4附近的抛光带3的抛光线速度最大，而材料的抛光去除量与抛光线速度以及接触压力均成正比，为了保证在整个抛光区域上的材料去除量一致，需要通过调整抛光辅助导向轮5和第二抛光导向轮4处的接触压力以补偿抛光线速度的差异。以第一抛光导向轮6为固定点，通过在抛光辅助导向轮5和第二抛光导向轮4上增加弹簧元件控制其与半球谐振子7的接触区域与接触压力，从而实现对抛光线速度的调整。最后将经过抛光导向轮组的抛光带3的形状构造成与半球谐振子7的抛光接触区域的行进轨迹完全吻合，使抛光带3与半球谐振子7进行仿形接触。

弹簧元件为波纹管弹性连轴器或8字型弹性联轴器，联轴器的输入端与动力源连接，联轴器的输出端与抛光辅助导向轮5和第二抛光导向轮4的转轴连接，从而将动力源输出的压力传递至抛光辅助导向轮5和第二抛光导向轮4，改变抛光辅助导向轮5和第二抛光导向轮4与半球谐振子7的接触区域与接触压力。

图3示出了根据本发明实施例提供的半球谐振子的抛光方法的流程。

首先对半球谐振子进行介绍，半球谐振子为“Ψ”型设计，这里要求抛光的部分为球壳的内壁和外壁，中心支撑圆柱的外壁，其中，球壳的圆度优于0.5μm，球壳相对于中心圆柱的跳动小于0.5μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm。球壳内壁的曲率半径为14.1mm，口径为28.2mm，中心圆柱直径为6mm。

如图3所示，利用上述抛光装置实现的半球谐振子抛光方法，包括如下步骤：

S1、组装仿形轮带的高精度抛光装置。

S2、在抛光导向轮组对应的抛光带的外侧选取三个关键特征点，分别使用三个接触式触发探头8测量对应特征点的位置信息，若偏离标准位置，则驱动仿形修整工具进行自转，使仿形修整工具与抛光带3接触，实现对抛光带3中的抛光模层的修整，直至测量结果与标准结果相同。

仿形修整工具为油石类型的修整工具，对抛光带的修整是一种常规抛光的前道工艺，属于现有技术，故仿形修整工具的具体结构在本发明中不再赘述。

S3、取下仿形修整工具，装上待抛光的半球谐振子7，使半球谐振子7倾斜放置，并以10转/min的转速绕中心自转，调整半球谐振子7的跳动小于2μm，此时半球谐振子7相对与抛光装置运动的线速度为8m/s-12m/s，驱动主驱动轮1以K转/s的转速带动抛光带3进行转动，此时实际抛光带的线速度为2πRK(m/s)，结合抛光液，在抛光压强的控制下，实现对半球谐振子7的高精度抛光，R为主驱动轮的半径，K为主驱动轮的转速，抛光带的线速度通常为10m/s左右。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种仿形轮带的高精度抛光装置，其特征在于，包括主驱动轮、束紧导向轮、抛光带和抛光导向轮组，所述抛光导向轮组包括第一抛光导向轮、第二抛光导向轮和抛光辅助导向轮，所述抛光带张紧在所述主驱动轮与抛光导向轮组之间，所述主驱动轮用于为抛光装置提供动力，所述束紧导向轮对称安装在所述主驱动轮和所述第一抛光导向轮之间的抛光带的外侧，用于调节所述抛光带的张紧力，且控制所述抛光带与半球谐振子的非抛光区域无接触，以所述第一抛光导向轮为固定点，将所述第一抛光导向轮安装在所述半球谐振子的窝口处，所述第二抛光导向轮的位置与所述半球谐振子的弧形区域的顶端持平，且所述第一抛光导向轮对应抛光带的抛光速度小于所述第二抛光导向轮对应抛光带的抛光速度，所述抛光辅助导向轮位于所述第一抛光导向轮和所述第二抛光导向轮之间的位置，通过弹簧元件对所述第二抛光导向轮和所述抛光辅助导向轮施加压力，使抛光区域上的材料去除量一致，所述抛光导向轮组用于改变所述抛光带的运动轨迹，通过调整所述抛光辅助导向轮的位置，使处于所述抛光导向轮组对应位置的抛光带的形状与所述半球谐振子的抛光接触区域完全吻合，使所述抛光带与所述半球谐振子进行仿形接触。

2.根据权利要求1所述的仿形轮带的高精度抛光装置，其特征在于，所述抛光带为双层结构，其中，底层为具有弹性的橡胶垫层，顶层为具有硬度的抛光模层，所述抛光模层与所述半球谐振子进行仿形接触。

3.根据权利要求1所述的仿形轮带的高精度抛光装置，其特征在于，所述抛光辅助导向轮的数量为至少一个。

4.根据权利要求1所述的仿形轮带的高精度抛光装置，其特征在于，所述半球谐振子倾斜放置，且绕中心自转。

5.一种半球谐振子的抛光方法，利用权利要求2所述的仿形轮带的高精度抛光装置实现，其特征在于，抛光方法包括如下步骤：

S1、安装权利要求2所述的仿形轮带的高精度抛光装置；

S2、在所述抛光导向轮组对应的所述抛光带的外侧选取三个关键特征点，分别使用三个接触性触发探头测量对应特征点的位置信息，若偏离标准位置，则驱动仿形修整工具进行自转，使其与仿形抛光带接触，实现对所述抛光带中的所述抛光模层的修整，直至测量结果与标准结果相同；

S3、取下所述仿形修整工具，装上待抛光的半球谐振子，将所述半球谐振子倾斜放置、且绕中心自转，调整所述半球谐振子的跳动小于2μm，驱动所述主驱动轮带动所述抛光带进行转动，结合抛光液，实现对所述半球谐振子的抛光。

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