本發(fā)明涉及光學加工技術領域，涉及計算機控制光學表面成形技術領域，尤其是一種調節(jié)光學元件邊緣區(qū)域壓強分布的拋光組件。

背景技術：

計算機控制表面成形技術(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)是上個世紀七十年代發(fā)展起來的一種確定性拋光技術，目前已成為非球面光學元件加工的主流技術。在計算機的控制下，一個直徑遠小于工件表面尺寸的拋光盤(俗稱小磨頭)按照計算的運動軌跡和行進速度在工件表面進行掃描加工。這種技術具有許多傳統(tǒng)拋光技術所不具備的優(yōu)點，如確定性好、拋光效率高和能加工大口徑復雜表面等；然而，它也存在一些問題或不足之處，如邊緣效應問題和中頻誤差問題。

邊緣效應問題對CCOS的面形精度和加工效率有較大影響，也是該領域的重要研究問題。邊緣效應產(chǎn)生的主要原因是：1)拋光盤無法完全移出工件表面；2)拋光盤部分懸空使工件表面邊緣區(qū)域的壓強分布發(fā)生變化。傳統(tǒng)解決途徑是通過墊塊來拓展工件邊緣，以確保拋光盤可以完全移出工件表面，從而抑制邊緣效應。該方法對墊塊的形狀和材料特性都有較高要求，因而很難實際應用到CCOS中。針對CCOS或小工具拋光的情況，有學者提出了邊緣區(qū)域去除函數(shù)的參數(shù)化模型，也有學者提出了基于有限元分析的邊緣區(qū)域壓強分布模型，這些模型都在一定范圍內(nèi)能夠較準確地預測邊緣區(qū)域的材料去除量分布。由Preston方程可知，壓強和相對速度是影響材料去除率的主要因素，雖然有研究表明光學元件邊緣區(qū)域的材料去除存在非線性，但是邊緣區(qū)域的壓強分布與材料去除率的非線性關系是確定的，可通過多次實驗獲得。因而，在工件表面邊緣區(qū)域進行小工具拋光過程中，通過調節(jié)壓強分布可改變邊緣區(qū)域材料去除量分布，進而可抑制邊緣效應。

然而，傳統(tǒng)拋光工具無法對邊緣區(qū)域的壓強分布進行有效調節(jié)，因此不能通過調節(jié)壓強分布來抑制邊緣效應。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種調節(jié)光學元件邊緣區(qū)域壓強分布的拋光組件，在光學元件邊緣區(qū)域拋光過程中，通過該拋光組件對光學元件邊緣區(qū)域壓強分布進行調節(jié)，從而改變邊緣區(qū)域材料去除量分布、達到抑制邊緣效應的效果；另外，借助關節(jié)式輔助施壓機構可有效減小振動幅度，從而提高拋光過程的可確定性。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種調節(jié)光學元件邊緣區(qū)域壓強分布的拋光組件，包括：行星雙轉子氣壓傳動裝置、關節(jié)式輔助施壓機構和拋光盤，其特點在于所述的拋光盤的背面刻有同心圓溝槽，所述的關節(jié)式輔助施壓機構由固定基座、活動關節(jié)和測力計組成，所述的固定基座固定在所述的行星雙轉子氣壓傳動裝置的側壁上，所述的活動關節(jié)的一端與所述的固定基座相連，所述的活動關節(jié)的末端的夾具固定所述的測力計，所述的測力計的探針通過所述的活動關節(jié)定位在所述的拋光盤背面的任一同心圓溝槽內(nèi)，從自內(nèi)向外的溝槽數(shù)直接讀出測力計探針與拋光盤的中心的距離，所述的測力計對拋光盤實時施加壓力并顯示所施加壓力的大小。

所述的活動關節(jié)是手動調節(jié)的關節(jié)機械結構，或計算機控制的關節(jié)式機械臂。

雙轉子氣壓傳動裝置的作用是：帶動拋光盤進行行星式轉動，當公轉軸與自轉軸同心或重合時，拋光盤只有自轉；對拋光盤施加恒定壓力，使拋光盤與待加工光學表面緊密貼合，一般表面材料去除率與所施加壓力成正比。

測力計通過活動關節(jié)末端的夾具來固定，它主要用于對拋光盤上表面某個位置施加恒定壓力，同時，測力計實時輸出或顯示所施加壓力的大小。通過所述的同心圓溝槽對測力計探針進行限制定位和測量，從溝槽數(shù)可以直接讀出測力計探針與拋光盤中心或邊緣的距離，同時，在拋光盤進行行星式雙轉子旋轉拋光時，溝槽可限制測力計探針的相對位置。

本發(fā)明主要有如下有益效果：

(1)在光學元件邊緣區(qū)域拋光過程中，通過關節(jié)式施壓機構可對邊緣區(qū)域壓強分布進行調節(jié)，從而改變邊緣區(qū)域材料去除量分布，可達到抑制邊緣效應的效果；

(2)拋光盤旋轉過程中由于底部摩擦受力不均勻容易產(chǎn)生機械振動，借助關節(jié)式施壓機構施壓可有效減小振動幅度，因而可提高拋光過程的可確定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明調節(jié)光學元件邊緣區(qū)域壓強分布的拋光組件的裝配圖；

圖2為行星雙轉子氣壓傳動裝置的示意圖；

圖3為關節(jié)式輔助施壓機構的示意圖；

圖4為背面刻有同心圓溝槽的拋光盤的示意圖；

圖5為測力計施壓工作示意圖；

圖6為有限元分析結果，其中，圖6(a)表示測力計未施壓的情況；圖6(b)、圖6(c)、圖6(d)分別表示測力計在工件邊緣附近、內(nèi)側、外側施壓的情況。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明拋光組件裝配示意圖。所述拋光組件主要包括：行星雙轉子氣壓傳動裝置1、關節(jié)式輔助施壓機構2、背面刻有同心圓溝槽的拋光盤3。

圖2為一個行星雙轉子氣壓傳動裝置的外觀示意圖。此裝置的作用是：1)帶動拋光盤進行行星式轉動，當公轉軸與自轉軸同心或重合時，拋光盤只有自轉；2)對拋光盤施加恒定壓力，使拋光盤與待加工光學表面緊密貼合，一般表面材料去除率與所施加壓力成正比。此裝置屬于常用機械部件。

圖3為關節(jié)式輔助施壓機構。它的主要作用是在拋光盤背面施加一定的壓力，改變拋光盤與光學表面接觸區(qū)域的壓強分布，從而調節(jié)光學元件邊緣區(qū)域的材料去除量、抑制邊緣效應。關節(jié)式輔助施壓機構由固定基座21、活動關節(jié)22、測力計23三個部分組成。固定基座21的作用是將整個關節(jié)式輔助施壓機構2通過磁力固定到行星雙轉子氣壓傳動裝置1的側壁上，具體布局如圖1所示；活動關節(jié)22的作用是調節(jié)和固定測力計23的位置，保證測力計能在拋光盤3背面任意位置進行施壓；測力計23兼具施壓和測力兩個功能，通過表盤可實時讀取壓力大小。此機構也是常用機械部件。

圖4為背面刻有同心圓溝槽的拋光盤的示意圖。此拋光盤的特征在于，其背面有如圖4所示的同心圓溝槽31。通過該同心圓溝槽可對測力計探針進行限制定位和測量，從溝槽數(shù)可以直接讀出測力計探針與拋光盤中心或邊緣的距離，同時，在拋光盤進行行星式雙轉子旋轉拋光時，溝槽可限制測力計探針的相對位置。需要注意的是，在邊緣區(qū)域進行拋光時，本發(fā)明優(yōu)選的采用自轉模式，也就是行星雙轉子的公轉軸與自轉軸重合；如果二者不重合，那么還需要拋光過程中測力計需要跟隨公轉運動。注意，考慮到溝槽比較密，很難清楚顯示出來，在其它附圖中省略了同心圓溝槽，實際上所有附圖中拋光盤背面都有同心圓溝槽。

圖5為測力計施壓的示意圖。測力計施壓位置會直接影響拋光盤與工件表面接觸區(qū)域的壓強分布。

圖6為有限元分析結果。圖6(a)表示測力計未施壓的情況，圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別表示測力計在三種不同位置施壓的情況。可以看到，當測力計未施壓時(見圖6(a))，工件表面最邊緣區(qū)域壓強沒有靠工件內(nèi)側區(qū)域壓強大，在實際拋光過程中會造成邊緣突起，即常見的“翹邊”現(xiàn)象；當測力計在工件邊緣附近施壓時(見圖6(b))，工件表面最邊緣區(qū)域壓強與靠工件內(nèi)側區(qū)域壓強很接近，同時，測力計施壓附近區(qū)域的壓強較大；當測力計在工件內(nèi)側施壓時(見圖6(c))，工件內(nèi)側測力計施壓位置附近出現(xiàn)了一塊壓強較大區(qū)域，而整體壓強分布比較均勻；當測力計在工件外側施壓時(見圖6(d))，工件邊緣區(qū)域壓強過大，在實際拋光過程中會造成邊緣往下塌陷，即常見的“塌邊”現(xiàn)象。針對不同的情況，采用不同的施壓條件可以防止邊緣面形惡化。比如，如果工件表面初始面形就有翹邊，那么采用如圖6(d)所示施壓方式可以抑制翹邊；如果工件表面初始面形存在塌邊現(xiàn)象，那么采用圖6(c)所示施壓方式可以防止拋光過程中繼續(xù)塌邊。

至此，已經(jīng)結合附圖對本發(fā)明進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明所述拋光組件有了清楚的認識。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。