专利名称：微型非球面元件研磨及抛光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学元件的研磨装置，特别是涉及一种微型非球面光学元件
的研磨及抛光装置。
背景技术：
半导体激光的光束整形等领域所使用的非球面光学元件的尺寸和焦距都必须很 小。目前，非球面光学元件的制造方法主要依赖数控精密机床加工和热压成型等方法，现有 的这种加工技术成本非常高。
发明内容
为了解决现有技术制造微型非球面光学元件成本高的问题，本发明提供了一种微 型非球面元件研磨及抛光装置，能够以较低的成本制造非球面元件。
本发明的技术方案如下 微型非球面元件研磨及抛光装置，包括主电机和主电机驱动的若干凸轮，还包括 磨盘架和磨盘架上设置的磨盘，还包括夹持非球面元件的夹具头，在工作状态下，所述磨盘 接触并研磨或抛光夹具头上夹持的非球面元件；所述凸轮支撑磨盘架，磨盘架随着凸轮的 转动发生摆动，使得磨盘对非球面元件表面形成切向研磨或抛光。 所述凸轮通过支撑架支撑磨盘架，且支撑架上设置有调节机构能够在一定范围内 调整凸轮与磨盘架之间的距离和/或支撑架与磨盘架接触的位置。 所述凸轮为凸轮组合，即由若干共轴旋转的单个凸轮组合成通过一个支撑架支撑 磨盘架的凸轮。 所述组合凸轮的数量为2。
本发明的技术效果是 本发明微型非球面元件研磨及抛光装置利用凸轮运动带动磨盘摆动，使得磨盘能
够对非球面元件表面形成切向研磨，结构简单，成本低廉。可以根据非球面元件的曲面方程
设置凸轮的外轮廓，以使磨盘始终能够对非球面元件表面形成切向研磨。 设置支撑架连接凸轮和磨盘架，即凸轮通过支撑架推动磨盘架及磨盘摆动，同时
支撑架上设置调节机构，该调节机构能够在一定范围内调整凸轮与磨盘架之间的距离和/
或支撑架与磨盘架接触的位置，这种调整一方面可以适应研磨不同曲面的非球面元件，另
一方面也可以补偿凸轮等结构由于磨损造成的偏差，以保持微型非球面元件研磨及抛光装
置的精度。 将本发明装置的凸轮设置成凸轮组合，可以形成复杂的组合凸轮轮廓，成本低；另 一方面可以调整单个凸轮之间的相位角，从而改变凸轮轮廓，能够加工外形类似，又具有不 同参数(如焦距)的非球面元件。 两个凸轮组合对磨盘架形成支撑，可以在180°的范围内研磨加工非球面元件，能 够满足大多数非球面元件的加工要求。
图1微型非球面元件研磨及抛光装置结构示意图， 图2支撑架局部结构示意图， 图3图2的俯视结构图， 图4磨盘架支杆与磨盘架装配后结构图， 图5图1中磨盘架俯视图， 图6凸轮组合结构示意图， 图7图6凸轮组合的右视图。 对上述各图中标识进行说明如下 l-悬臂，2-夹具转轴，3-夹具电机，4-升降筒，5-调节齿轮，6-夹具头，7-定位销，8_磨盘架支杆，81-导向杆，82-升降螺杆，9-调节螺母，10-机座架，11-转轴，12-凸轮组合，13-主电机，14-顶杆，15-弹簧，16-弹簧座套，17-宽度调节杆，18-磨盘架，19-滑槽，20-磨盘电机，21-磨盘。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。 图1显示了本发明微型非球面元件研磨及抛光装置的结构，包括机座架(10)和设置于机座架(10)上的悬臂(1)。悬臂(1)上设置可上下移动的夹具头(6)，夹具头(6)用于夹持待加工的非球面元件，夹具头(6)与夹具转轴(2)连接，在夹具电机(3)的驱动下夹具转轴(2)旋转，从而带动夹具头(6)旋转。夹具转轴(2)设置在升降筒(4)内，升降筒(4)外设置齿条与调节齿轮(5)啮合，调节齿轮(5)转动能够使得夹具头(6)在垂直方向进行上下移动。调节机座架(10)内设置主电机(13)及传输主电机(13)动力的转轴(11)。转轴(11)上设置两个凸轮组合(12)(在本发明中凸轮组合实质上起到凸轮的作用，具体的结构和效果在后面详述)，两个凸轮组合(12)之间具有一定的间隔距离。与每一个凸轮组合(12)配合的支撑架支撑磨盘架(18)，磨盘架(18)上设置磨盘电机(20)和由磨盘电机(20)驱动的磨盘(21)。 对图1所示本发明微型非球面元件研磨及抛光装置的工作过程进行简要说明。夹具头(6)将要加工打磨的光学件毛坯固定住，夹具头(6)在垂直方向移动到适当的位置(保证磨盘(21)能够研磨或抛光光学件毛坯的位置)，主电机(13)转动从而带动凸轮组合(12)转动，进而使得磨盘架(18)摆动，磨盘架(18)摆动到适当位置(保证磨盘(21)能够切向研磨或抛光光学件毛坯的位置)后即开始研磨或抛光过程，如果要研磨或抛光的是具有一个对称轴的旋转非球面元件，则启动夹具电机(3)，使得夹具头(6)旋转；如果要研磨或抛光的是具有一个对称平面的非圆柱面元件，则不启动夹具电机(3)，夹具头(6)不旋转。更换磨盘(21)和磨料，可实施粗磨、细磨、精磨和抛光等工序。 以下结合附图对本发明微型非球面元件研磨及抛光装置中关键部件进行说明。
凸轮组合(12)直接与磨盘架(18)接触的情况较少使用，一般情况下，凸轮组合(12)都是通过支撑架对磨盘架(18)进行支撑。从图1中可见，支撑架包括顺序连接的顶杆(14)、宽度调节杆(17)和磨盘架支杆(8)。顶杆(14)与凸轮组合(12)接触，顶杆(14)随着凸轮组合(12)的转动进行上下运动。顶杆(14)上还设置有弹簧座套(16)和与之配合的弹簧(15)，弹簧(15)的弹力使得顶杆(14)能够始终与凸轮组合(12)紧密接触，以保证顶杆(14)始终随着凸轮组合(12)的轮廓进行移动，避免由于惯性等因素造成顶杆(14)的运动与凸轮组合(12)的轮廓所形成的理论运动产生偏差，从而导致磨盘架(18)运动发生偏差。 宽度调节杆(17)的作用是调节磨盘架支杆(8)和顶杆(14)之间的距离，结合图2和图3能够清晰地看到宽度调节杆(17)结构。宽度调节杆(17) —端为具有调节螺纹的螺杆，该螺杆与顶杆(14)上设置的螺母配合以使宽度调节杆(17)在图1的水平方向上移动。宽度调节杆(17)的另一端设置有调节螺母(9)，调节螺母(9)与磨盘架支杆(8)上的升降螺杆(82)配合，以使升降螺杆(82)(即磨盘架支杆(8))在图1的垂直方向移动。从图3所示角度看，宽度调节杆(17)的一端(设置有调节螺母(9)的一端)具有类似钥匙柄的形状，除中间穿过的升降螺杆(82)夕卜，还有两个穿过的导向杆(81)，导向杆(81)的作用是使磨盘架(18)的运动更稳定。 图4从另一个角度显示了磨盘架支杆(8)的结构，及磨盘架支杆(8)与磨盘架(18)的装配状态。磨盘架支杆(8)的下方为平行的两个导向杆(81)和升降螺杆(S2)，磨盘架支杆(8)的上方为U型结构，U型口内两侧设置有定位销(7)，两个定位销(7)在磨盘架(18)上的滑槽(19)内滑动。可以看出，宽度调节杆(17)调节磨盘架支杆(8)和顶杆(14)之间的距离是通过推动磨盘架支杆(8)在磨盘架(18)上的滑槽(19)内滑动实现的。
结合图l和图5可以得到磨盘架(18)的结构，磨盘架(18)中心孔处的电机轴把磨盘架(18)上方的磨盘(21)和下方的磨盘电机(20)连接，磨盘电机(20)带动磨盘(21)在圆形凹槽内平稳的旋转。磨盘架(18)两侧面的四个"凹"字形的滑槽(19)内，定位销(7)可在滑槽(19)内滑动。 结合图6和图7说明本发明的凸轮组合(12)的结构，凸轮组合(12)由两个共轴旋转的单个凸轮组合而成，如图7所示。 一个凸轮组合(12)通过一个支撑架支撑磨盘架，即图1中具有左右两个凸轮组合(12)，每一个凸轮组合(12)支撑一个顶杆(14)。凸轮组合(12)或所述单个凸轮的轮廓根据要加工的非球面元件的表面形状确定，由于加工非球面元件时要求磨盘(21)对非球面元件进行切向研磨，因此在已知非球面元件加工表面方程的情况下可以推导出磨盘架(18)的运动轨迹，从而可以确定凸轮组合(12)或所述单个凸轮的轮廓的曲线方程。从图6中可见，两个所述单个凸轮的相位差为e ，可在分度头上进行精确调节。调节两个所述单个凸轮相位差9可以从整体上调整凸轮组合(12)的轮廓曲线，这样可以通过一对所述单个凸轮组合得到外形类似、具有不同参数的非球面光学元件(如焦距不同)。另外，从凸轮轮廓设计和加工来说，凸轮组合的成本更低。
本发明中宽度调节杆(17)能够调节磨盘架支杆(8)和顶杆(14)之间的距离，磨盘架支杆(8)能够在垂直方向上移动，给予了磨盘架(18)非常灵活的调整范围，这种调整除了能应对多种参数的非球面元件，还可以在本发明的装置出现磨损误差时进行补偿，如凸轮组合(12)工作一定时间后出现的磨损，可以通过这种调整进行补偿。
权利要求
微型非球面元件研磨及抛光装置，其特征在于包括主电机和主电机驱动的若干凸轮，还包括磨盘架和磨盘架上设置的磨盘，还包括夹持非球面元件的夹具头，在工作状态下，所述磨盘接触并研磨或抛光夹具头上夹持的非球面元件；所述凸轮支撑磨盘架，磨盘架随着凸轮的转动发生摆动，使得磨盘对非球面元件表面形成切向研磨或抛光。
2. 根据权利要求1所述微型非球面元件研磨及抛光装置，其特征在于所述凸轮通过支 撑架支撑磨盘架，且支撑架上设置有调节机构能够在一定范围内调整凸轮与磨盘架之间的 距离和/或支撑架与磨盘架接触的位置。
3. 根据权利要求2所述微型非球面元件研磨及抛光装置，其特征在于所述凸轮为凸轮 组合，即由若干共轴旋转的单个凸轮组合成通过一个支撑架支撑磨盘架的凸轮。
4. 根据权利要求3所述微型非球面元件研磨及抛光装置，其特征在于所述组合凸轮的 数量为2。
全文摘要
为了解决现有技术制造微型非球面光学元件成本高的问题，本发明提供了一种微型非球面元件研磨及抛光装置，包括主电机和主电机驱动的若干凸轮，还包括磨盘架和磨盘架上设置的磨盘，还包括夹持非球面元件的夹具头，在工作状态下，所述磨盘接触并研磨或抛光夹具头上夹持的非球面元件；所述凸轮支撑磨盘架，磨盘架随着凸轮的转动发生摆动，使得磨盘对非球面元件表面形成切向研磨或抛光。本发明结构简单、加工光学元件工艺简单、易操作、生产成本低，所磨的非球面光学元件参数可调控，如偏心率和焦距等。
文档编号B24B37/00GK101774146SQ201010105800
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者戴特力, 梁一平, 范嗣强 申请人:重庆师范大学