固着磨料抛光头及其抛光方法
【专利摘要】固着磨料抛光头及其抛光方法，涉及光学加工领域，解决了现有机械小工具抛光方法存在的抛光头制作工艺复杂、抛光精度低的问题，固着磨料抛光头，包括：成圆饼状的固着磨料抛光头基体，设置在固着磨料抛光头基体中心的安装孔，等间距均匀分布于固着磨料抛光头基体边缘表面并通过胶粘固定的固着磨料抛光垫层，胶粘固定在所述固着磨料抛光垫层表面的固着磨料抛光层。本发明的抛光头制作工艺简单，使用时较为方便可靠，本发明采用固着磨料抛光头对光学非球面元件进行抛光，可以对不同形状、口径的光学非球面元件进行有效抛光，快速形成可靠的抛光工艺，抛光过程中通过控制抛光接触面积得到稳定的去除函数，有效地提高抛光效率与抛光精度。
【专利说明】固着磨料抛光头及其抛光方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学加工【技术领域】，具体涉及一种固着磨料抛光头及其抛光方法。
【背景技术】
[0002]随着对光学系统要求的提高，更好的成像质量，更少的光学元件，更简化和轻量化的光学系统等成为未来的发展趋势，可以满足上述要求的光学非球面元件也得到越来越广泛的应用。因此对光学非球面元件的加工制造也提出了更高的要求，提高光学非球面元件的加工效率，降低加工成本显得尤为重要。
[0003]光学非球面元件制造工艺主要分为两部分，一是非球面铣磨成型，二是非球面抛光平滑，得到满足使用要求的面形。当前广泛采用的光学非球面抛光方法主要有机械小工具抛光技术、应力盘抛光技术、磁流变抛光技术及离子束抛光技术等，其中机械小工具与应力盘抛光技术是在传统的游离磨料抛光技术与数控加工技术的基础上发展而来，机械小工具抛光方法如柔性盘技术，气囊抛光技术等减少了对人工操作的依赖，但抛光头制作工艺复杂，去除函数稳定性低，影响非球面抛光精度。目前还没有采用固着磨料的抛光头对光学非球面元件进行抛光。
【发明内容】
[0004]为了解决现有的机械小工具抛光方法存在的抛光头制作工艺复杂、抛光精度低的问题，本发明提供一种固着磨料抛光头及其应用。
[0005]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]固着磨料抛光头，包括:成圆饼状的固着磨料抛光头基体，设置在所述固着磨料抛光头基体中心的安装孔，等间距均匀分布于所述固着磨料抛光头基体边缘表面并通过胶粘固定的固着磨料抛光垫层，胶粘固定在所述固着磨料抛光垫层表面的固着磨料抛光层。
[0007]所述固着磨料抛光层的个数与所述固着磨料抛光垫层的个数相等。
[0008]固着磨料抛光头的抛光方法，该方法的条件和步骤如下:
[0009]测定光学非球面元件的初始面形误差，规划固着磨料抛光层与光学非球面元件的抛光接触面积，确定进给方式及进给路径，计算固着磨料抛光头在不同位置的进给速度，生成加工文件，对刀并调整冷却水位置，保证抛光接触区域充分冷却，检查各个环节开始抛光，抛光过程中保持抛光接触面积与压入深度不变，并保证抛光接触区域冷却充分，抛光完成后，重新检测光学非球面元件的面形，若面形精度满足设计要求，则完成抛光；若面形精度不满足设计要求，则利用光学非球面元件的初始面形误差重新计算进给速度并生成加工文件，再次进行抛光加工，通过多次的检测与反复迭代抛光，最终使光学非球面元件的面形精度满足设计要求。
[0010]所述进给方式为以螺旋线方式进给。
[0011]所述进给路径为所述固着磨料抛光头从光学非球面元件的最外层一圈开始逐层递进抛光，直到光学非球面元件的最内层一圈。[0012]本发明的有益效果是:本发明的一种固着磨料抛光头，该抛光头制作工艺简单，使用时较为方便可靠；本发明采用固着磨料抛光头对光学非球面元件进行抛光，可以对不同形状、口径的光学非球面元件进行有效抛光，快速形成可靠的抛光工艺，抛光过程中通过控制抛光接触面积得到稳定的去除函数，有效地提高抛光效率与抛光精度，通过控制抛光头在被加工光学非球面元件的不同位置的驻留时间实现不同程度的材料去除体积，配合反复迭代抛光，可实现对光学非球面元件表面面形误差的精确修正，得到较好面形精度的光学非球面元件，使其满足设计需要，该方法提高了加工效率并降低光学非球面元件的加工制造成本，同时实现较高的抛光精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的固着磨料抛光头的结构示意图；
[0014]图2为采用图1所示的固着磨料抛光头对光学非球面元件进行抛光的原理示意图；
[0015]图3为采用图1所示的固着磨料抛光头对光学非球面元件进行抛光时的进给方式示意图；
[0016]图4为采用图1所示的固着磨料抛光头对光学非球面元件进行抛光的流程示意图。
[0017]图中:1、固着磨料抛光头，2、固着磨料抛光层，3、固着磨料抛光垫层，4、固着磨料抛光头基体，5、安装孔,6、光学非球面兀件,7、抛光主轴。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]如图1所示，本发明的一种固着磨料抛光头，主要由固着磨料抛光层2、固着磨料抛光垫层3、固着磨料抛光头基体4和安装孔5组成，整个固着磨料抛光头I成圆饼状，固着磨料抛光垫层3等间距均匀分布于固着磨料抛光头基体4的边缘表面，每两个固着磨料抛光垫层3之间的间距相等，固着磨料抛光垫层3通过胶粘固定在固着磨料抛光头基体4上，固着磨料抛光层2通过胶粘固定在固着磨料抛光垫层3的表面，固着磨料抛光层2的个数与固着磨料抛光垫层3的个数相等，固着磨料抛光层2与固着磨料抛光垫层3的设置，一方面保证抛光效率与抛光精度，另一方面保证抛光接触区域可被充分冷却，安装孔5设置在固着磨料抛光头基体4的中心位置，用于安装抛光机器的抛光主轴7。
[0020]针对被加工的光学非球面元件6材料的不同，选择合适的固着磨料抛光层2和固着磨料抛光垫层3的材料。
[0021]本实施方式中，固着磨料抛光层2采用抛光模材料制成。
[0022]本实施方式中，固着磨料抛光垫层3采用特制柔性材料制成。
[0023]如图2所示，采用本发明的一种固着磨料抛光头对光学非球面元件6进行抛光，抛光时使固着磨料抛光层2与光学非球面元件6的表面柔性接触，固着磨料抛光头I的进给方式如图3所示，采用螺旋线方式进给，R为光学非球面元件6的母线方向，即进给方向，固着磨料抛光头I接触方向即受力方向为光学非球面元件6母线的法线方向，为垂直于纸面向外，S为光学非球面元件6的旋转方向，为顺时针，N为抛光主轴7的旋转方向，同时带动固着磨料抛光头I旋转，即固着磨料抛光头I从光学非球面元件6的最外层一圈开始，逐层递进抛光，直到光学非球面兀件6的最内层一圈。
[0024]通过调整抛光头在非球面元件不同位置时的进给速度，控制抛光头的驻留时间，实现对非球面面形的误差修正，得到较好的非球面抛光结果。
[0025]如图4所示，采用本发明的一种固着磨料抛光头对光学非球面元件6进行抛光的具体过程为:步骤一、按照固着磨料抛光头I与光学非球面元件6的位置要求安装固着磨料抛光头I与光学非球面元件6 ;步骤二、测定光学非球面元件6的初始面形误差；步骤三、规划固着磨料抛光层2与光学非球面元件6的抛光接触面积并确定进给方式和进给路径，本实施方式中，以螺旋线方式进给，并且固着磨料抛光头I从光学非球面元件6的最外层一圈开始，逐层递进抛光，直到光学非球面元件6的最内层一圈；步骤四、计算固着磨料抛光头I在不同位置的进给速度；步骤五、按照步骤三中的抛光接触面积和进给路径，以及步骤四中的进给速度，即驻留时间，生成加工文件；步骤六、对刀并调整冷却水位置，保证抛光接触区域充分冷却；步骤七、检查各个环节开始抛光，抛光过程中保持抛光接触面积与压入深度不变，并保证抛光接触区域冷却充分；步骤八、抛光完成后，重新对光学非球面元件6的面形进行检测，若面形精度满足设计要求，则完成抛光；反之，若面形精度不满足设计要求，则重复步骤四、五、六、七，即利用光学非球面元件6的初始面形误差重新计算进给速度并生成加工文件，再次进行抛光加工，通过多次的检测与反复迭代抛光，最终使光学非球面元件6的面形精度满足设计要求，得到满足设计要求的光学非球面元件6。
【权利要求】
1.固着磨料抛光头，其特征在于，包括:成圆饼状的固着磨料抛光头基体(4)，设置在所述固着磨料抛光头基体(4)中心的安装孔(5)，等间距均匀分布于所述固着磨料抛光头基体(4)边缘表面并通过胶粘固定的固着磨料抛光垫层(3)，胶粘固定在所述固着磨料抛光垫层(3 )表面的固着磨料抛光层(2 )。
2.根据权利要求1所述的固着磨料抛光头，其特征在于，所述固着磨料抛光层(2)的个数与所述固着磨料抛光垫层(3)的个数相等。
3.如权利要求1所述的固着磨料抛光头的抛光方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下: 测定光学非球面元件(6)的初始面形误差，规划固着磨料抛光层(2)与光学非球面元件(6)的抛光接触面积，确定进给方式及进给路径，计算固着磨料抛光头(I)在不同位置的进给速度，生成加工文件，对刀并调整冷却水位置，保证抛光接触区域充分冷却，检查各个环节开始抛光，抛光过程中保持抛光接触面积与压入深度不变，并保证抛光接触区域冷却充分，抛光完成后，重新检测光学非球面元件(6)的面形，若面形精度满足设计要求，则完成抛光；若面形精度不满足设计要求，则利用光学非球面元件(6)的初始面形误差重新计算进给速度并生成加工文件，再次进行抛光加工，通过多次的检测与反复迭代抛光，最终使光学非球面元件(6)的面形精度满足设计要求。
4.根据权利要求3所述的固着磨料抛光头的抛光方法，其特征在于，所述进给方式为以螺旋线方式进给。
5.根据权利要求3所述的固着磨料抛光头的抛光方法，其特征在于，所述进给路径为所述固着磨料抛光头(I)从光学非球面元件(6)的最外层一圈开始逐层递进抛光，直到光学非球面元件(6)的最内层一圈。
【文档编号】B24B41/04GK103465162SQ201310424237
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】代雷, 谷勇强, 张健, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所