CN207840935U - 非球面光学元件的智能柔性抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属光学加工技术领域，尤其涉及一种非球面光学元件的智能柔性抛光装置，包括（1）机器人通过传感器扫描工件采集工件特征信息；（2）机器人控制系统确定抛光理论轨迹；（3）抛光机构带动抛光气囊沿抛光理论轨迹在工件表面上运动，准确控制光学元件表面上各点材料去除量；（4）机器人控制系统多次迭代运算，控制工件面形误差。智能柔性抛光装置包括机器人（1）、旋转接头（2）、工作台（10）、气压调节装置（12）、机器人控制系统（13）、抛光机构（7）及计算机（14）。本实用新型加工区稳定，面形适应性好，可实时监控抛光系统的运行情况，实现对大尺寸深曲率非球面进行超精密抛光。

Description

非球面光学元件的智能柔性抛光装置

技术领域

本实用新型属光学加工技术领域，尤其涉及一种非球面光学元件的智能柔性抛光装置。

背景技术

在光学系统中，非球面的应用越来越广泛，它可以提高成像质量，简化仪器结构，降低成本，提高稳定性。然而，由于非球面的非一致曲率的特点，其精密加工及加工效率一直制约非球面的广泛发展及应用。因此，如何高精度高效率地进行非球面元件的加工成为一项亟待解决的关键问题。

计算机控制光学表面成型技术的原理和特点是采用一个尺寸比被加工零件小得多的抛光模，根据定量的面形检测数据，在计算机的控制下，以一定的路线、速度和压力抛光工件表面，只在需要加工的区域内去除多余材料，在提高加工效率的同时保证了加工质量。

机器人柔性抛光是属于计算机控制光学表面成型技术的一个分支，工业机器人实现三维空间全自由度，在活动空间内可以从任意角度对任意位置的工件进行加工，保证了高精度定位，实现抛光过程中去除量的可重复性、可测量性。然而，现有研究及实验的着眼点是在小口径并且形状为凸球面或平面的光学元件的加工上，因此，有必要研究一种抛光方法可以对不同曲率形状的自由表面的光学元件进行超精密抛光。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种加工区稳定，面形适应性好，可实时监控抛光系统的运行情况，实现对大尺寸深曲率非球面进行超精密抛光的非球面光学元件的智能柔性抛光装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

非球面光学元件的智能柔性抛光装置，包括机器人、旋转接头、工作台、气压调节装置、机器人控制系统、抛光机构及计算机；所述抛光机构的上端与机器人的执行端固定连接；所述抛光机构包括电机、气囊保持架、抛光气囊及中空主轴；所述中空主轴设于气囊保持架中部区域；所述中空主轴一端与抛光气囊的输气端口固定封接；所述中空主轴另一端与旋转接头固定相接；所述电机的动力输出端接中空主轴的动力输入端；所述气压调节装置的送气端口通过气管与机器人连接；所述机器人中的气管端口与旋转接头的端口固定封接；所述气压调节装置的信号传输端口与机器人控制系统的信号传输端口相接；所述机器人控制系统的信号传输端口与计算机的信号传输端口相接。

进一步地，本实用新型所述机器人可选择6自由度机器人。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点。

1、确定性加工

本实用新型采用气囊抛光，依靠空心气囊的支撑，形成了抛光头的柔性工作面，根据抛光曲面面形和粗糙度要求，可在线通过气压调节进行控制，从而能够进行确定性加工。

2、面形适应性好，精度高

本实用新型采用进动式运动抛光，并且气囊的柔性可以保证抛光工具与被加工表面很好的吻合，从而有效地解决了非球面类型的曲面抛光过程中抛光工具与工件表面接触不匹配的问题，获得了均匀的抛光效果，以及较高的材料去除率和精确的抛光影响函数，因此该抛光方法可以对不同曲率形状的自由表面的光学元件进行超精密抛光，特别适用于大尺寸深曲率非球面的超精密抛光。

3、结构紧凑，控制简单，智能化生产

本实用新型采用机器人柔性抛光技术，工作时通过机器人控制抛光机构，实现对不同曲率形状的自由表面的光学元件进行超精密抛光，特别对于大尺寸深曲率非球面的超精密抛光，该方法结构紧凑，控制简单；而且该方法能够实时监控抛光系统的运行情况，并且进行调控，从而能够形成智能化生产。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型整体结构示意图。

图中：1、机器人；2、旋转接头；3、轴带轮；4、电机；5、电机带轮；6、电机座；7、抛光机构；8、中空主轴；9、底座；10、工作台；11、抛光气囊；12、气压调节装置；13、机器人控制系统；14、计算机；15、抛光液自动循环添加机构。

具体实施方式

如图所示，非球面光学元件的智能柔性抛光装置，包括机器人1、旋转接头2、工作台10、气压调节装置12、机器人控制系统13、抛光机构7及计算机14；所述抛光机构7的上端与机器人1的执行端固定连接；所述抛光机构7包括电机4、气囊保持架、抛光气囊11及中空主轴8；所述中空主轴8设于气囊保持架中部区域；所述中空主轴8一端与抛光气囊11的输气端口固定封接；所述中空主轴8另一端与旋转接头2固定相接；所述电机4的动力输出端接中空主轴8的动力输入端；所述气压调节装置12的送气端口通过气管与机器人1连接；所述机器人1中的气管端口与旋转接头2的端口固定封接；所述气压调节装置的信号传输端口与机器人控制系统的信号传输端口相接；所述机器人控制系统的信号传输端口与计算机14的信号传输端口相接。本实用新型所述机器人1为6自由度机器人。

本实用新型采用智能柔性抛光方法对非球面工件表面进行抛光加工时，抛光盘和机器人末端相联，并与工件的表面压紧贴合，从而在工件表面上形成抛光接触区；工件镜盘做旋转运动，通过抛光液的作用，在工件表面留下划痕，实现抛光加工。这种抛光并非传统意义上的全口抛光，而是属于局部抛光，材料的去除过程是在抛光接触区内进行的。工件上某点在加工时，设N为接触区抛光点局部表面的法线，设P为抛光盘旋转轴线，传统抛光时，当旋转轴P移动时，其绕法线N保持角度p是变化的，造成加工时每点的受力是不均匀的，而且抛光盘是被动旋转，接触区较大，加工效率受到影响；而使用智能柔性抛光方法来抛光时，当旋转轴P移动时，其绕法线N保持角度p恒定“进动”，在空间扫过一个圆锥面的轨迹。从理论上来说，这种运动合成可以在各个方向上均匀的抛光工件。

本实用新型所述机器人1末端固定连接抛光机构7，抛光机构7下部设有抛光气囊11，抛光气囊11的输气端口与气囊保持架上的中空主轴8端口固定封接；中空主轴8的另一端连接轴带轮3，旋转接头2连接于中空主轴8顶端，电机4固定于电机座6上，电机座6与抛光机构7连接，电机带轮5固定于电机轴端，电机带轮5与轴带轮3通过皮带连接，工作台10通过连接机构固定在底座9上面，气压调节装置12通过气管与机器人1连接，机器人1通过气管与旋转接头2相连，气压调节装置12通过线缆与机器人控制系统13相连，机器人控制系统13通过线缆与计算机相连，抛光液自动循环添加机构15放置于底座下面。

本实用新型抛光方法为智能柔性抛光方法，机器人通过传感器扫描工件实体获得工件特征信息，经过机器人控制系统分析完成抛光理论轨迹，抛光机构带动抛光气囊沿此轨迹在工件表面运动，通过控制在工件表面上相应的工艺参数，可以准确的控制光学元件表面上各点材料去除量，通过多次的迭代运算，从而使工件面形误差达到可接受范围内，完成抛光任务，实现智能化生产。

本实用新型所述抛光方法可以对不同曲率形状的自由表面的光学元件进行超精密抛光，特别适用于大尺寸、深曲率、非球面光学元件的超精密抛光。本实用新型所述机器人上装有传感测控装置，可实时监控抛光系统的运行情况。

本实用新型气体通过旋转接头进入中空主轴，再通过中空主轴进入到抛光气囊中，抛光气囊内的压力连续可调。本实用新型抛光机构绕气囊旋转轴线的旋转运动为自转。本实用新型气囊旋转轴绕抛光接触区的法线的旋转运动为公转。本实用新型抛光气囊在光学元件上做公转和自转两种运动，可得到近似高斯分布的去除函数。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种非球面光学元件的智能柔性抛光装置，其特征在于：包括机器人（1）、旋转接头（2）、工作台（10）、气压调节装置（12）、机器人控制系统（13）、抛光机构（7）及计算机（14）；所述抛光机构（7）的上端与机器人（1）的执行端固定连接；所述抛光机构（7）包括电机（4）、气囊保持架、抛光气囊（11）及中空主轴（8）；所述中空主轴（8）设于气囊保持架中部区域；所述中空主轴（8）一端与抛光气囊（11）的输气端口固定封接；所述中空主轴（8）另一端与旋转接头（2）固定相接；所述电机（4）的动力输出端接中空主轴（8）的动力输入端；所述气压调节装置（12）的送气端口通过气管与机器人（1）连接；所述机器人（1）中的气管端口与旋转接头（2）的端口固定封接；所述气压调节装置的信号传输端口与机器人控制系统的信号传输端口相接；所述机器人控制系统的信号传输端口与计算机（14）的信号传输端口相接。

2.根据权利要求1所述非球面光学元件的智能柔性抛光装置，其特征在于：所述机器人（1）为6自由度机器人。