一种自转轮式末端抛光装置的制作方法

本实用新型涉及一种光学元件表面加工装置，具体涉及一种自转轮式末端抛光装置。

背景技术：

近年来，由于非球面光学元件的优异性能，使其在新一代光学系统中得到了广泛的应用。然而，由于非球面的非一致曲率特点，其超精密加工技术一直制约着非球面的进一步发展及应用，如何大幅度提高光学非球面的面形误差收敛速度是一项亟待解决的关键问题。

目前，计算机控制光学表面成形技术被广泛应用在非球面加工领域，该技术利用检测得到的定量面形误差数据，结合去除函数与预设的加工路径，按照一定的算法求得驻留时间，使得面形误差逐步的收敛，最终达到加工要求。

轮式抛光是计算机控制光学表面成形技术的一种。中国专利(申请号为：201710549526.9)公开了一种轮式抛光装置，该装置通过长度调节机构使抛光带绷紧，电机带动抛光带旋转实现材料去除，当摩擦力较大时这种结构会打滑，且抛光压力是通过弹性橡胶轮的下压量控制，该抛光压力的控制精度比较低，对机床的运行精度要求比较高。

技术实现要素：

为了解决现有抛光装置通过电机带动抛光带旋转，在摩擦力较大时易出现打滑；以及抛光压力控制精度较低、对机床运行精度要求较高的技术问题，本实用新型提供了一种自转轮式末端抛光装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种自转轮式末端抛光装置，其特殊之处在于：包括法兰盘、力控单元、机架、电机、抛光轮、主传动轮及从传动轮；

所述力控单元包括气缸、气缸活塞杆、比例阀、力传感器、连接板；所述气缸安装在法兰盘的底端；所述气缸活塞杆的顶端部设有活塞头，活塞头将气缸内部分为上腔和下腔；其底端伸出气缸与力传感器连接；

所述力传感器的输出信号端与比例阀的输入端连接，比例阀的两个出口分别连接上腔和下腔；所述连接板安装在力传感器的底端；

所述机架安装在连接板的底端；所述电机安装在机架上；所述抛光轮通过轮轴安装在机架的下部；所述主传动轮安装在电机输出端，所述从传动轮安装在轮轴上，主传动轮和从传动轮通过传动带连接。

进一步地，所述机架包括固定连接的上部安装板、中部电机安装体、平行设置的2个下部支板；

所述上部安装板与连接板底端连接；

电机安装在所述中部电机安装体内；

所述2个下部支板设于中部电机安装体的底端，2个下部支板分别设有一个第一通孔，两个第一通孔同轴；

轮轴通过两个所述第一通孔穿设在2个下部支板上，其可相对下部支板转动；

所述抛光轮固设在轮轴上，且位于2个下部支板之间。

进一步地，所述抛光轮为双层结构，其包括轮毂、粘接在轮毂外表面的抛光垫；

所述抛光垫为聚氨酯或阻尼布材料。

进一步地，所述轮毂的截面呈表面中心高、边缘低的弧形轮廓。

进一步地，所述轮轴通过轴承安装在2个下部支板上；

所述抛光轮通过键或螺栓安装在轮轴上。

本实用新型还提供了另外一种自转轮式末端抛光装置，其特殊之处在于：包括法兰盘、力控单元、机架、电机、抛光轮、主传动轮及从传动轮；

所述力控单元包括力控腔体、连接块、设置在力控腔体内的弹簧；

所述连接块的上部位于力控腔体内，下部伸出力控腔体与其下方的机架相连，连接块可相对力控腔体上下移动；

所述弹簧的一端与力控腔体顶面连接，其另一端与连接块的上端面连接；

所述电机安装在机架的上部；所述抛光轮通过轮轴安装在机架的下部；所述主传动轮安装在电机输出端，所述从传动轮安装在轮轴上，主传动轮和从传动轮通过传动带连接。

进一步地，所述力控单元还包括导轨滑块和直线轴；

所述导轨滑块至少为2个且间隔固定在连接块上端外壁，每个导轨滑块上设有第二通孔；

所述直线轴的数量与导轨滑块的数量相等且一一对应；

每个直线轴的上端与力控腔体的顶面固连，其下端穿过第二通孔后与力控腔体的底面固连。

进一步地，所述力控腔体的顶面设有第一凸起，所述弹簧的一端与第一凸起连接；

所述连接块的上端面设有第二凸起，所述弹簧的另一端与第二凸起连接；

所述导轨滑块的第二通孔内安装有与所述直线轴相适配的直线轴承；

所述连接块的下端外壁设有环形凸台。

进一步地，所述机架包括固定连接的上部安装板、中部电机安装体、平行设置的2个下部支板；

所述上部安装板与连接块底端连接；

电机安装在所述中部电机安装体内；

所述2个下部支板设于中部电机安装体的底端，2个下部支板分别设有一个第一通孔，两个第一通孔同轴；

轮轴通过两个所述第一通孔穿设在2个下部支板上，其可相对下部支板转动；

所述抛光轮固设在轮轴上，且位于2个下部支板之间。

进一步地，所述抛光轮为双层结构，其包括轮毂、粘接在轮毂外表面的抛光垫；

所述抛光垫为聚氨酯或阻尼布材料；

所述轮毂的截面呈表面中心高、边缘低的弧形轮廓。

所述轮轴通过轴承安装在2个下部支板上；

所述抛光轮通过键或螺栓安装在轮轴上。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型自转轮式末端抛光装置设有力控单元，力控单元为输出端上下浮动式结构，力控单元的上下浮动可控制抛光压力，不仅降低对运动执行机构的运动精度要求，还可实现高精度抛光压力控制；通过电机驱动抛光轮转动，实现材料去除，该抛光装置结构简单、重量小。

2、本实用新型自转轮式末端抛光装置在连接块上设有导轨滑块、力控腔体内设有直线轴，通过导轨滑块和直线轴的配合作用，提高连接块上下运动的稳定性，进而提高抛光轮上下浮动稳定性，实现高精度抛光压力控制。

3、本实用新型自转轮式末端抛光装置中抛光轮为双层结构，抛光垫为聚氨酯或阻尼布等材料，可以获得非常接近高斯形的去除函数，去除特性稳定，去除效率高，可以广泛运用到光学元件抛光过程中。

附图说明

图1是本实用新型自转轮式末端抛光装置实施例一的结构示意图；

图2是实施例一中力控单元的结构示意图；

图3是实施例一中抛光轮的结构示意图；

图4是本实用新型自转轮式末端抛光装置实施例二中力控单元的结构示意图；

其中，附图标记如下：

1-法兰盘；

2-力控单元，20-气缸活塞杆，201-活塞头，21-气缸，211-上腔，212-下腔，22-力传感器，23-连接板，24-比例阀，25-力控腔体，251-第一凸起，26-弹簧，27-直线轴，28-导轨滑块，281-直线轴承，29-连接块，291-环形凸台，292-第二凸起；

3-电机；

4-机架，41-上部安装板，42-中部电机安装体，43-下部支板；

5-主传动轮，6-传动带，7-从传动轮，8-轮轴；

9-抛光轮，91-抛光垫，92-轮毂。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示，一种自转轮式末端抛光装置，结合计算机控制技术，可以实现高效高精度光学元件的抛光，该抛光装置包括法兰盘1、力控单元2、机架4、电机3、抛光轮9、主传动轮5及从传动轮7。力控单元为输出端上下浮动式结构，不仅降低对运动执行机构的运动精度要求，还可实现高精度抛光压力控制。

法兰盘1安装在机器人或机床等运动机构上；

力控单元2安装在法兰盘1的底端，力控单元2用于控制抛光压力，如图2所示，力控单元2主体包括气缸21、气缸活塞杆20、力传感器22、连接板23；气缸21安装在法兰盘1的底端；气缸活塞杆20的顶端部设有活塞头201，活塞头201将气缸21内部分为上腔211和下腔212；其底端伸出气缸21与力传感器22连接，力传感器22下端安装有连接板23；气缸21侧面安装有比例阀24，比例阀24的两出口分别连接气缸21的上腔211和下腔212，力传感器22的输出信号与比例阀24之间设有运算放大器，运算放大器将力传感器22的输出信号uf与设定信号ur进行运算并放大后，输出信号至比例阀24，控制比例阀24的动作，进而控制抛光压力。

连接板23的底端安装有机架4，机架4上部安装有电机3，机架4下部通过轮轴8安装有抛光轮9，电机3轴输出端安装有主传动轮5，轮轴8上安装有从传动轮7，主传动轮5和从传动轮7之间安装有传动带6，主传动轮5和从传动轮7为皮带轮、齿形轮或链轮等；相应地，传动带6可以为皮带、v形带、齿形带或链条等。

机架4包括三部分，分别为固定连接的上部安装板41、中部电机安装体42、平行设置的2个下部支板43；所述上部安装板41与连接板23底端连接；电机3通过螺栓安装在所述中部电机安装体42的腔体内；所述2个下部支板43设于中部电机安装体42的底端，2个下部支板43分别设有一个第一通孔，两个第一通孔同轴；轮轴8通过两个所述第一通孔穿设在2个下部支板43上，其可相对下部支板43转动，轮轴8通过轴承安装在2个下部支板43；所述抛光轮9通过键或螺栓安装在轮轴8上，且位于2个下部支板43之间。

如图3所示，抛光轮9为双层结构，内部为轮毂92，轮毂92上粘接抛光垫91，轮毂92外圈为中间高，两边低的弧形轮廓。抛光垫91为聚氨酯或阻尼布等抛光垫材料。抛光轮内部为弧形轮廓的轮毂，外部为抛光垫，该抛光轮可以获得非常接近高斯形的去除函数。本实施例抛光装置抛光压力控制精度高，去除函数稳定；去除函数接近高斯形，面形误差收敛快。

本实施例抛光装置在抛光时，力控单元2为输出端上下浮动式结构，力控单元2可精确控制抛光压力，电机3带动抛光轮9旋转实现材料去除，不仅降低对运动执行机构的运动精度要求，还可实现高精度抛光压力控制；双层结构抛光轮9可以获得非常接近高斯形的去除函数，去除特性稳定，去除效率高，可以广泛运用到光学元件抛光过程中。

实施例二

与实施例一不同之处在于力控单元2；

如图4所示，力控单元2包括力控腔体25、连接块29、设置在力控腔体25内的弹簧26；所述连接块29的上部位于力控腔体25内，下部伸出力控腔体25与其下方的机架4相连，连接块29可相对力控腔体25上下移动；所述弹簧26的一端与力控腔体25顶面接触，其另一端与连接块29的上端面接触。

为了连接块29上下运动的稳定性，力控单元2还包括导轨滑块28和直线轴27；所述导轨滑块28至少为2个且间隔固定在连接块29上端外壁，优选导轨滑块28为对称设置的两个，也可为均布3个或4个或者更多个，每个导轨滑块28上设有第二通孔；所述直线轴27的数量与导轨滑块28的数量相等且一一对应；每个直线轴27的上端与力控腔体25的顶面固连，其下端穿过第二通孔后与力控腔体25的底面固连，导轨滑块28的第二通孔内安装有与所述直线轴27相适配的直线轴承281，直线轴27给连接块29上端外壁的导轨滑块28提供导向作用。

为了便于弹簧26的稳固和安装方便，力控腔体25的顶面设有第一凸起251，所述弹簧26的一端与第一凸起251连接；所述连接块29的上端面设有第二凸起292，所述弹簧26的另一端与第二凸起292连接。

在连接块29的下端外壁设有环形凸台291，便于机架4与连接块29的安装。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。