專利名稱：基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件加工裝置，具體涉及一種適用于小口徑、非球面光學(xué)元件快速研磨拋光的基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置。
背景技術(shù)：
非球面光學(xué)元件具有矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，簡化光學(xué)系統(tǒng)并擴(kuò)大視場等諸多優(yōu)點(diǎn)，在軍用和民用領(lǐng)域眾多的光電產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用。但非球面的加工仍然存在設(shè)備昂貴、精度低、效率低下的問題，嚴(yán)重制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和科研項(xiàng)目的發(fā)展。目前對于小口徑非球面的光學(xué)加工，主要采用單點(diǎn)金剛石車削、數(shù)控銑磨、數(shù)控小·磨頭等技術(shù)，而這些技術(shù)對應(yīng)的設(shè)備價格昂貴，并不適合非球面的普及加工?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，主要解決了現(xiàn)有光學(xué)元件，尤其是非球面光學(xué)元件加工時成本較高，加工效率較低的問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，包括連接有氣泵的氣囊式拋光頭，氣囊式拋光頭包括設(shè)置在拋光頭主體上的氣囊，還包括承載機(jī)構(gòu)和腐蝕液儲液槽，承載機(jī)構(gòu)一側(cè)用于承載被加工元件，承載機(jī)構(gòu)使被加工元件全部浸泡在腐蝕液儲液槽內(nèi)，承載機(jī)構(gòu)另一側(cè)與轉(zhuǎn)軸固定連接；所述設(shè)置拋光頭主體上的氣囊內(nèi)表面設(shè)置有用于生成穩(wěn)定環(huán)帶溫度場的加熱裝置，加熱裝置與控制裝置連接。上述氣囊式拋光頭的氣囊外表面上設(shè)置有拋光皮。上述加熱裝置是設(shè)置在氣囊外表面的環(huán)形電熱絲。上述控制裝置包括工業(yè)PC和用于控制加熱裝置加熱溫度的溫度控制裝置。上述拋光頭主體遠(yuǎn)離被加工件一端設(shè)置有電機(jī)，另一端設(shè)置氣囊，拋光頭主體內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電環(huán)和氣泵管，導(dǎo)電環(huán)一端與控制裝置電連接，另一端與控加熱裝置電連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I、可實(shí)現(xiàn)小口徑非球面光學(xué)元件的快速拋光。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非球面的整體研拋，而不是常用的環(huán)帶修拋，把非球面的加工難度降低到了球面加工的水平；另外將化學(xué)腐蝕機(jī)理引入光學(xué)加工，并通過加熱實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的加快，顯著提高了光學(xué)元件的材料去除水平，可完成大非球面度的銑磨工作，且實(shí)現(xiàn)了非球面銑磨與拋光在同一臺機(jī)床上完成。2、成本低廉。目前用于小口徑非球面光學(xué)元件的銑磨機(jī)、單點(diǎn)金剛石車床等先進(jìn)機(jī)床價格昂貴。而該系統(tǒng)僅是常規(guī)的溫度控制，把復(fù)雜精確的軌跡控制轉(zhuǎn)化為相對低廉的溫度控制。3、與工件比較，采用相對大的整形氣囊實(shí)現(xiàn)材料的均勻去除，對腐蝕產(chǎn)生的粗糙表面進(jìn)行平滑。整形氣囊的優(yōu)點(diǎn)是不會產(chǎn)生象散和帶差。


圖I是本發(fā)明研拋裝置的工作原理圖；圖2是本發(fā)明氣囊研拋頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電熱絲布局及拋光皮形狀示意圖；其中1氣囊式拋光頭，2腐蝕液槽，3溫控單片機(jī)，4計(jì)算機(jī)，5被加工工件，6氣泵。1-1為拋光頭主體，1-2為電機(jī)，1-3為連接溫控單片機(jī)的導(dǎo)線，1-4為導(dǎo)電環(huán)，1-5為氣囊，1-6為連接電熱絲和導(dǎo)電環(huán)的導(dǎo)線，1-7為連接氣泵的橡膠管。
具體實(shí)施例方式
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該發(fā)明基于化學(xué)腐蝕原理，通過溫度場的施加實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的提高及不同環(huán)帶的材料去除；與非球面加工常用的子孔徑原理不同，該發(fā)明為適形的拋光技術(shù)，如此則把非球面的加工難度降低到球面加工的難度；化學(xué)腐蝕會引起工件表面粗糙度變差，本發(fā)明加入氣囊式的機(jī)械拋光裝置，可以獲得光滑表面。本發(fā)明適合平面、球面及非球面光學(xué)元件的快速研磨和拋光。該基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置包括氣囊式拋光頭1，安裝在單軸機(jī)上的腐蝕液槽2、溫控單片機(jī)3、計(jì)算機(jī)4、被加工工件5和氣泵6組成。針對被加工工件不同的尺寸與形狀，選擇相應(yīng)的氣囊，安裝在拋光頭上，開動氣泵6至所需壓力，使氣囊與工件接觸良好。在腐蝕液槽2中倒入與被加工工件材料相匹配的腐蝕液。在氣囊的內(nèi)表面分布環(huán)形電熱絲，外表面布置特殊形狀拋光皮；在氣囊式拋光頭中引入電熱絲實(shí)現(xiàn)所需的溫度場，一次實(shí)現(xiàn)小口徑非球面反射鏡的整體材料去除；同時，機(jī)械拋光為氣囊式，工具與工件面型可以很好貼合，且采用條形拋光皮，可以獲得工件表面材料的均勻去除。在溫度場計(jì)算基礎(chǔ)上，對電熱絲進(jìn)行加熱與保持，確保生成穩(wěn)定的環(huán)帶溫度場，該部分功能主要是通過溫控單片機(jī)3完成的。工業(yè)計(jì)算機(jī)4提供面向加工者的操作界面，可以方便對溫度場的計(jì)算及實(shí)時跟蹤與控制。參照圖I與圖2，工件5置于腐蝕液槽2中，安裝固定好，5和2隨單軸機(jī)轉(zhuǎn)動。氣囊式拋光頭安裝在單軸機(jī)擺架上。在腐蝕液槽2中倒入與被加工工件5相匹配的腐蝕液。應(yīng)注意倒入腐蝕液容量，因?yàn)閱屋S機(jī)主軸轉(zhuǎn)動過程中，腐蝕液在離心力作用下會向周邊聚集，應(yīng)確保槽2中間的腐蝕液能覆蓋被加工工件。開動氣泵至一定壓力，使氣囊與工件接觸良好，啟動電機(jī)1-2。依據(jù)工件的面型誤差，計(jì)算出固定時間內(nèi)所需的溫度場分布，通過溫控單片機(jī)對電熱絲進(jìn)行溫度施加。如此溫度平衡一段時間后，放出腐蝕液(可過濾循環(huán)使用)，清洗并取下工件，可以進(jìn)行面型檢測。參見圖3，根據(jù)溫度分析結(jié)果，在氣囊內(nèi)表面分布4條環(huán)形電熱絲(根據(jù)誤差狀況，可更多)，在氣囊的外表面貼上特殊形狀拋光皮，實(shí)現(xiàn)腐蝕表面的機(jī)械輔助平滑。
權(quán)利要求
1.一種基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，包括連接有氣泵的氣囊式拋光頭，氣囊式拋光頭包括設(shè)置在拋光頭主體上的氣囊，其特征在于還包括承載機(jī)構(gòu)和腐蝕液儲液槽，承載機(jī)構(gòu)一側(cè)用于承載被加工元件，承載機(jī)構(gòu)使被加工元件全部浸泡在腐蝕液儲液槽內(nèi)，承載機(jī)構(gòu)另一側(cè)與轉(zhuǎn)軸固定連接；所述設(shè)置拋光頭主體上的氣囊內(nèi)表面設(shè)置有用于生成穩(wěn)定環(huán)帶溫度場的加熱裝置，加熱裝置與控制裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，其特征在于所述氣囊式拋光頭的氣囊外表面上設(shè)置有拋光皮。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，其特征在于所述加熱裝置是設(shè)置在氣囊外表面的環(huán)形電熱絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，其特征在于所述控制裝置包括工業(yè)PC和用于控制加熱裝置加熱溫度的溫度控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一所述的基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，其特征在于所述拋光頭主體遠(yuǎn)離被加工件一端設(shè)置有電機(jī)，另一端設(shè)置氣囊，拋光頭主體內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電環(huán)和氣泵管，導(dǎo)電環(huán)一端與控制裝置電連接，另一端與控制加熱裝置電連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置，主要解決了現(xiàn)有光學(xué)元件，尤其是非球面光學(xué)元件加工時成本較高，加工效率較低的問題。該基于控制腐蝕的氣囊式研拋裝置包括連接有氣泵的氣囊式拋光頭，氣囊式拋光頭包括設(shè)置在拋光頭主體上的氣囊，還包括承載機(jī)構(gòu)和腐蝕液儲液槽，承載機(jī)構(gòu)一側(cè)用于承載被加工元件，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非球面的整體研拋，而不是常用的環(huán)帶修拋，把非球面的加工難度降低到了球面加工的水平；另外將化學(xué)腐蝕機(jī)理引入光學(xué)加工，并通過加熱實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的加快，顯著提高了光學(xué)元件的材料去除水平，可完成大非球面度的銑磨工作，且實(shí)現(xiàn)了非球面銑磨與拋光在同一臺機(jī)床上完成。
文檔編號B24B13/01GK102785145SQ20121029285
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者丁蛟騰, 許亮, 陳欽芳, 馬臻 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所