全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置及方法与流程

本发明涉及光学元件加工技术领域，更具体的说是涉及一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置及方法。

背景技术：

全口径抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一。全口径抛光机床通常采用大尺寸、高热稳定性的天然花岗岩制成抛光盘基盘，基盘表面浇制环形的沥青胶层作为抛光盘。沥青抛光盘的环带表面依次放有修正盘和工件盘，其中修正盘用于修正和控制抛光盘的形状误差，而工件盘则用于把持元件。加工时抛光盘、修正盘、工件盘均以一定的转速绕逆时针方向匀速旋转，放在工件盘内的光学元件在沥青抛光盘及其承载的抛光颗粒作用下产生材料去除从而形成光学表面。放在工件盘内的光学元件可在竖直方向上自由浮动，并且受到竖直方向上的一对平衡作用力，即其自身重力和抛光盘的承载力；而在水平方向上，光学元件的抛光表面受到抛光盘的摩擦力，同时光学元件的侧面受到工件盘施加的正压力从而平衡抛光盘的摩擦力。抛光盘作用于光学元件抛光表面的摩擦力取决于抛光盘表面的摩擦特性，它是抛光过程中的重要参量，对元件的材料去除速度和加工精度具有重要影响。由于抛光过程中随着抛光盘和元件的旋转，抛光盘作用于元件表面的摩擦力的大小和方向不断变化，使其检测非常困难。因此，如何提供一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，解决现有技术中抛光盘作用于元件表面的摩擦力的大小和方向不断变化，检测困难的技术问题。

本发明提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，包括：

固定部，固定部可拆卸于全口径抛光机床的横梁h上；

竖直驱动部，竖直驱动部连接于固定部上，且远离全口径抛光机床的横梁h的一侧；

滑动部，滑动部沿竖直方向上可滑动连接于竖直驱动部上；

精密力传感器，精密力传感器固定于滑动部上，且位于远离竖直驱动部的一侧；

推力驱动部，滑动部与推力驱动部上部铰接位置为a点，精密力传感器与推力驱动部下部接触位置为b点；

推杆，推力驱动部输出端连接推杆用于改变推杆的行程；

工作板，推杆底部与工作板连接，且工作板底面与全口径抛光机床抛光盘抵接位置为c点；

根据精密力传感器检测的横向摩擦力f，测量a点和b点的距离为x，及a点和c点之间的距离为y，以a点为旋转轴满足力矩平衡方程：fx-gy＝0，其中g为横向摩擦力。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，固定部固定于全口径抛光机床的横梁上，开启抛光机床，抛光盘开始匀速旋转；竖直驱动部驱动滑动部下移，使得工作板抵近抛光盘的表面；通过推力驱动部驱动推杆伸出一定升程使得工作板与抛光盘的表面接触，保证推力驱动部使推杆以恒定的作用力作用于工作板上；精密力传感器检测工作板受到抛光盘的表面施加的横向力，推力驱动部下部的作用头与精密力传感器接触，精密力传感器检测到该横向作用力f；测量a点和b点的距离为x，a点和c点之间的距离为y；以a点为旋转轴，满足力矩平衡方程：

fx-gy＝0式(1)；

根据式求解得到抛光盘表面对工作板的横向摩擦力：

g＝fx/y式(2)；

已知推杆对工作板的作用力为k，获得抛光盘表面摩擦特性的抛光摩擦系数：

f＝g/k式(3)。

本发明提供的全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，可以方便地固定在抛光机床上对抛光盘表面的摩擦特性进行在线测量，在正常加工状态下进行测量而不影响抛光过程，通过调整工作板受力大小实现对抛光盘表面的加载力大小控制，操作人员根据测量结果可以分析抛光盘的加工性能，从而指导加工过程。

优选地，固定部为板体，其上设置有螺纹孔，通过螺钉插入螺纹孔固定于全口径抛光机床的横梁h上，由此方便安装在全口径抛光机床横梁上。

优选地，竖直驱动部包括轨道、丝杠及伺服电机；轨道设置于固定部上，伺服电机通过连接板固定于轨道一侧，丝杠与伺服电机输出端连接，且与轨道平行布置，滑动部与丝杠和轨道配合滑动。

优选地，滑动部包括滑板及滑块；滑板一面设置有与丝杠配合的丝杠螺母，另一面上部与推力驱动部铰接，下部固定精密力传感器；滑块与滑板一面连接，包括多个对应设置于丝杠螺母两侧，且与轨道可滑动连接。由此伺服电机带动丝杠旋转，丝杠螺母在丝杠上运动，进而带动滑块带动滑板沿竖直方向上运动，满足工作板靠近及远离抛光盘的使用需求。

优选地，推力驱动部包括旋转连接板及气缸组件；旋转连接板一面上部与滑板铰接，下部设置有与精密力传感器对置对应的作用头；气缸组件固定于旋转连接板另一面上，气缸组件通过气管与外部气源连通。

优选地，外部气源的供气压力大于0.4mpa。

优选地，气管上设置有精密调压装置，调节供气压力改变推杆的升程大小，以满足抛光需要，推杆升程大于20mm为宜。

优选地，精密调压装置上设置有用于显示推杆的推力的显示器，方便显示推杆推力数值。精密调压装置可为带显示功能的精密调压阀。

优选地，推杆底部与工作板球铰接。

本发明的另一个目的提供了一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测方法，包括以下步骤：

s1、固定部固定于全口径抛光机床的横梁上，开启抛光机床，抛光盘开始匀速旋转；竖直驱动部驱动滑动部下移，使得工作板抵近抛光盘的表面；通过推力驱动部驱动推杆伸出一定升程使得工作板与抛光盘的表面接触，保证推力驱动部使推杆以恒定的作用力作用于工作板上；

s2、精密力传感器检测s中工作板受到抛光盘的表面施加的横向力，推力驱动部下部的作用头与精密力传感器接触，精密力传感器检测到该横向作用力f；

s3、测量a点和b点的距离为x，a点和c点之间的距离为y；

s4、以a点为旋转轴，满足力矩平衡方程：

fx-gy＝0式(1)；

根据式求解得到抛光盘表面对工作板的横向摩擦力：

g＝fx/y式(2)；

已知推杆对工作板的作用力为k，获得抛光盘表面摩擦特性的抛光摩擦系数：

f＝g/k式(3)。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测方法，实现了对抛光盘表面的摩擦特性进行在线测量，在正常加工状态下进行测量而不影响抛光过程，通过调整工作板受力大小实现对抛光盘表面的加载力大小控制，操作人员根据测量结果可以分析抛光盘的加工性能，从而指导加工过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置的结构示意图；

图2附图为图1的侧视图；

图3附图示出了距离x和距离y的测量位置；

图4附图为本发明提供的全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置应用于全口径抛光机床上的结构示意图；

图中：100-固定部，200-竖直驱动部，201-轨道，202-丝杠，203-伺服电机，300-滑动部，301-滑板，302-滑块，400-精密力传感器，500-推力驱动部，501-旋转连接板，5011-作用头，502-气缸组件，503-精密调压装置，600-推杆，700-工作板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明实施例公开了一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，解决现有技术中抛光盘作用于元件表面的摩擦力的大小和方向不断变化，检测困难的技术问题。

参见附图1和4，本发明提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，包括：

固定部100，固定部100可拆卸于全口径抛光机床的横梁h上；

竖直驱动部200，竖直驱动部200连接于固定部100上，且远离全口径抛光机床的横梁h的一侧；

滑动部300，滑动部300沿竖直方向上可滑动连接于竖直驱动部200上；

精密力传感器400，精密力传感器400固定于滑动部300上，且位于远离竖直驱动部200的一侧；

推力驱动部500，滑动部300与推力驱动部500上部铰接位置为a点，精密力传感器400与推力驱动部500下部接触位置为b点；

推杆600，推力驱动部500输出端连接推杆600用于改变推杆600的行程；

工作板700，推杆600底部与工作板700连接，且工作板700底面与全口径抛光机床抛光盘抵接位置为c点；

根据精密力传感器400检测的横向摩擦力f，测量a点和b点的距离为x，及a点和c点之间的距离为y，以a点为旋转轴满足力矩平衡方程：fx-gy＝0，其中g为横向摩擦力。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，固定部固定于全口径抛光机床的横梁上，开启抛光机床，抛光盘开始匀速旋转；竖直驱动部驱动滑动部下移，使得工作板抵近抛光盘的表面；通过推力驱动部驱动推杆伸出一定升程使得工作板与抛光盘的表面接触，保证推力驱动部使推杆以恒定的作用力作用于工作板上；精密力传感器检测工作板受到抛光盘的表面施加的横向力，推力驱动部下部的作用头与精密力传感器接触，精密力传感器检测到该横向作用力f；测量a点和b点的距离为x，a点和c点之间的距离为y；以a点为旋转轴，满足力矩平衡方程：

fx-gy＝0式(1)；

根据式求解得到抛光盘表面对工作板的横向摩擦力：

g＝fx/y式(2)；

已知推杆对工作板的作用力为k，获得抛光盘表面摩擦特性的抛光摩擦系数：

f＝g/k式(3)。

本发明提供的全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测装置，可以方便地固定在抛光机床上对抛光盘表面的摩擦特性进行在线测量，在正常加工状态下进行测量而不影响抛光过程，通过调整工作板受力大小实现对抛光盘表面的加载力大小控制，操作人员根据测量结果可以分析抛光盘的加工性能，从而指导加工过程。

其中，固定部100为板体，其上设置有螺纹孔，通过螺钉插入螺纹孔固定于全口径抛光机床的横梁h上，由此方便安装在全口径抛光机床横梁上。

参见附图2，竖直驱动部200包括轨道201、丝杠202及伺服电机203；轨道201设置于固定部100上，伺服电机203通过连接板固定于轨道201一侧，丝杠202与伺服电机203输出端连接，且与轨道201平行布置，滑动部300与丝杠202和轨道201配合滑动。

其中，滑动部300包括滑板301及滑块302；滑板301一面设置有与丝杠202配合的丝杠螺母，另一面上部与推力驱动部500铰接，下部固定精密力传感器400；滑块302与滑板301一面连接，包括多个对应设置于丝杠螺母两侧，且与轨道201可滑动连接。由此伺服电机带动丝杠旋转，丝杠螺母在丝杠上运动，进而带动滑块带动滑板沿竖直方向上运动，满足工作板靠近及远离抛光盘的使用需求。

参见附图2，推力驱动部500包括旋转连接板501及气缸组件502；旋转连接板501一面上部与滑板301铰接，下部设置有与精密力传感器400对置对应的作用头5011；气缸组件502固定于旋转连接板501另一面上，气缸组件502通过气管与外部气源连通。

具体而言，外部气源的供气压力大于0.4mpa。气管上设置有精密调压装置503，调节供气压力改变推杆的升程大小，以满足抛光需要，推杆升程大于20mm为宜。

其中，精密调压装置503上设置有用于显示推杆600的推力的显示器，方便显示推杆推力数值。精密调压装置可为带显示功能的精密调压阀。

有利的是，推杆600底部与工作板700球铰接。

本发明还提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测方法，包括以下步骤：

s1、固定部固定于全口径抛光机床的横梁上，开启抛光机床，抛光盘开始匀速旋转；竖直驱动部驱动滑动部下移，使得工作板抵近抛光盘的表面；通过推力驱动部驱动推杆伸出一定升程使得工作板与抛光盘的表面接触，保证推力驱动部使推杆以恒定的作用力作用于工作板上；

s2、精密力传感器检测s1中工作板受到抛光盘的表面施加的横向力，推力驱动部下部的作用头与精密力传感器接触，精密力传感器检测到该横向作用力f；

s3、测量a点和b点的距离为x，a点和c点之间的距离为y；

s4、以a点为旋转轴，满足力矩平衡方程：

fx-gy＝0式(1)；

根据式1求解得到抛光盘表面对工作板的横向摩擦力：

g＝fx/y式(2)；

已知推杆对工作板的作用力为k，获得抛光盘表面摩擦特性的抛光摩擦系数：

f＝g/k式(3)。

本发明公开提供了全口径抛光中抛光盘表面摩擦特性的在线检测方法，实现了对抛光盘表面的摩擦特性进行在线测量，在正常加工状态下进行测量而不影响抛光过程，通过调整工作板受力大小实现对抛光盘表面的加载力大小控制，操作人员根据测量结果可以分析抛光盘的加工性能，从而指导加工过程。

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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，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进行接合和组合。

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。