阅读说明：本技术 一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置 (Asphalt polishing device for improving surface roughness of aspheric optical element ) 是由 毕春利 张海涛 郭本银 金春水 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置,属于非球面光学元件加工技术领域,包括机床主体、旋转主轴气囊沥青抛光头、偏心运动模块和摆动模块,第一偏心运动模块和第二偏心运动模块之间形成转动副；旋转主轴可旋转地设置于第一主体上,气囊沥青抛光头固定于旋转主轴上,第一偏心运动模块固定于气囊沥青抛光头上,摆动模块一端与第二偏心运动模块固定,另一端与第二主体可滑动连接。本发明的提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置,通过偏心运动模块和摆动模块实现主轴气囊沥青抛光头的平面摆动,区别于传统沥青抛光中的偏心公转加自转、偏心公转的运动形式,实现非球面光学元件的表面粗糙度加工达到为深亚纳米级。(The invention provides an asphalt polishing device for improving the surface roughness of an aspheric optical element, which belongs to the technical field of aspheric optical element processing and comprises a machine tool main body, a rotary main shaft air bag asphalt polishing head, an eccentric motion module and a swing module, wherein a revolute pair is formed between the first eccentric motion module and the second eccentric motion module; the rotating main shaft is rotatably arranged on the first main body, the air bag asphalt polishing head is fixed on the rotating main shaft, the first eccentric motion module is fixed on the air bag asphalt polishing head, one end of the swing module is fixed with the second eccentric motion module, and the other end of the swing module is connected with the second main body in a sliding mode. The asphalt polishing device for improving the surface roughness of the aspheric optical element realizes plane swing of the spindle airbag asphalt polishing head through the eccentric motion module and the swing module, is different from the motion modes of eccentric revolution, rotation and eccentric revolution in the traditional asphalt polishing, and realizes that the surface roughness of the aspheric optical element is processed to deep sub-nanometer level.)

一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置

技术领域

本发明属于非球面光学元件加工技术领域，特别涉及一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置。

背景技术

在光学加工领域，沥青抛光是一种经典的抛光工艺，其主要作用是降低中高频粗糙度。对于非球面光学元件的沥青抛光，一般采用小工具头(沥青盘)抛光，这区别于传统的球面抛光方法。在非球面光学元件的沥青抛光过程中，沥青盘的运动形式(产生的去除函数)起到一定的作用。常见运动形式包括：偏心公转加自转、偏心公转。但是对于粗糙度要求达到深亚纳米的非球面光学元件，上述运动形式在实际抛光过程中取得的效果不明显。

综上所述，面向表面粗糙度为深亚纳米级精度的非球面光学元件的加工，研究一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置是十分重要的。

发明内容

有鉴如此，本发明的目的是提供一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置，通过偏心运动模块和摆动模块实现主轴气囊沥青抛光头的平面摆动，区别于传统沥青抛光中的偏心公转加自转、偏心公转的运动形式，实现非球面光学元件的表面粗糙度加工达到为深亚纳米级。

为实现上述目的，本发明提供一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置，包括机床主体、旋转主轴气囊沥青抛光头、偏心运动模块和摆动模块，

所述机床主体由第一主体和第二主体构成，所述偏心运动模块由第一偏心运动模块和第二偏心运动模块构成，所述第一偏心运动模块和第二偏心运动模块之间形成转动副；

所述旋转主轴可旋转地设置于所述第一主体上，所述气囊沥青抛光头固定于所述旋转主轴上，所述第一偏心运动模块固定于所述气囊沥青抛光头上，所述摆动模块一端与所述第二偏心运动模块固定，另一端与所述第二主体可滑动连接，所述第一主体与第二主体固定连接；

所述旋转主轴旋转带动所述气囊沥青抛光头旋转，所述第一偏心运动模块跟随进行转动，带动所述摆动模块在所述第二主体上滑动，使所述气囊沥青抛光头在平面内摆动，实现非球面光学元件的表面粗糙度加工。

进一步地，所述第一偏心运动模块为圆柱体状，底部设有凸出的圆柱销，圆柱销的轴线与圆柱体的轴线平行但不同线，产生偏心距离；

所述第二偏心运动模块为正多面体状，在所述第二偏心运动模块上开设与所述圆柱销尺寸对应通孔，在通孔内还设有轴承；

装配时，圆柱体的轴线和正多面体的轴线同线且所述圆柱销位于通孔内，所述第一偏心运动模块和第二偏心运动模块通过轴承形成转动副。

进一步地，所述第二偏心运动模块为正六面体状。

进一步地，所述第一偏心运动模块通过螺钉固定于所述气囊沥青抛光头上，在第一偏心运动模块和气囊沥青抛光头上对应设有螺纹孔。

进一步地，所述摆动模块由2个L形转接块、2个圆柱导轨、限位端板构成；L形转接块、圆柱导轨分别对称设置于所述第二偏心运动模块的侧面；

L形转接块的一面与所述第二偏心运动模块固定连接，另一面上开设通孔，圆柱导轨的一端穿过通孔与L形转接块固定连接，在所述第二主体上也开设通孔，圆柱导轨的另一端穿过通孔与所述限位端板固定连接，在所述第二主体上的通孔内设有球面轴承，所述圆柱导轨和所述第二主体通过球面轴承形成滑动副；所述限位端板用于限制2个圆柱导轨的相对位置变化。

进一步地，L形转接块的一面与所述第二偏心运动模块通过螺钉固定连接，在L形转接块和第二偏心运动模块上对应设有螺纹孔。

进一步地，2个圆柱导轨所在平面与所述第二偏心运动模块的轴线垂直。

进一步地，所述气囊沥青抛光头与所述旋转主轴通过液压卡具固定。

本发明的提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置，旋转主轴旋转带动所述气囊沥青抛光头旋转，第一偏心运动模块跟随进行转动，带动摆动模块在所述第二主体上滑动，使气囊沥青抛光头在平面内摆动，区别于传统沥青抛光中的偏心公转加自转、偏心公转的运动形式，实现非球面光学元件的表面粗糙度加工达到为深亚纳米级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置的结构示意图；

图2是本发明的提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置的爆炸示意图；

图3是偏心运动模块的结构示意图；

图4是图3中第一偏心运动模块的结构示意图；

图5(a)为抛光前非球面光学元件的表面粗糙度检测图；(b)为采用现有技术中偏心公转运动方式进行沥青抛光后的非球面光学元件的表面粗糙度检测图；(c)为采用本发明中的抛光装置进行抛光后的非球面光学元件的表面粗糙度检测图；

附图标记说明：1-支撑结构；2-限位结构；3-固定结构；4-基底。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明提供一种提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置，包括机床主体1、旋转主轴气囊沥青抛光头7、偏心运动模块6和摆动模块，

所述机床主体由第一主体1-1和第二主体1-2构成，所述偏心运动模块6由第一偏心运动模块6-1和第二偏心运动模块6-2构成，所述第一偏心运动模块6-1和第二偏心运动模块之间形成转动副6-2；

所述旋转主轴8可旋转地设置于所述第一主体1-1上，所述气囊沥青抛光头7固定于所述旋转主轴8上，所述第一偏心运动模块6-1固定于所述气囊沥青抛光头7上，所述摆动模块一端与所述第二偏心运动模块6-2固定，另一端与所述第二主体1-2可滑动连接，所述第一主体1-1与第二主体1-2固定连接；

所述旋转主轴8旋转带动所述气囊沥青抛光头7旋转，所述第一偏心运动模块6-1跟随进行转动，带动所述摆动模块在所述第二主体1-2上滑动，使所述气囊沥青抛光头7在平面内摆动，实现非球面光学元件的表面粗糙度加工。

其中，所述气囊沥青抛光头7与所述旋转主轴8通过可以通过液压卡具固定。

如图3所示，所述第一偏心运动模块6-1为圆柱体状，底部设有凸出的圆柱销，圆柱销的轴线与圆柱体的轴线平行但不同线，产生偏心距离，偏心距离可根据实际加工需要进行设计。

如图4所示，所述第二偏心运动模块6-2为正多面体状，在所述第二偏心运动模块上开设与所述圆柱销尺寸对应通孔，在通孔内还设有轴承；

装配时，圆柱体的轴线和正多面体的轴线同线且所述圆柱销位于通孔内，所述第一偏心运动模块6-1和第二偏心运动模块6-2通过轴承形成转动副。优选地，所述第二偏心运动模块6-2为正六面体状。

其中，所述第一偏心运动模块6-1可以通过螺钉固定于所述气囊沥青抛光头7上，在第一偏心运动模块6-1和气囊沥青抛光头7上对应设有螺纹孔。

其中，所述摆动模块由2个L形转接块5、2个圆柱导轨4、限位端板9构成；L形转接块5、圆柱导轨4分别对称设置于所述第二偏心运动模块6-2的侧面；

L形转接块5的一面与所述第二偏心运动模块6-2固定连接，另一面上开设通孔，圆柱导轨4的一端穿过通孔与L形转接块5固定连接，在所述第二主体1-2上也开设通孔，圆柱导轨4的另一端穿过通孔与所述限位端板9固定连接，在所述第二主体1-2上的通孔内设有球面轴承，所述圆柱导轨4和所述第二主体1-2通过球面轴承形成滑动副；所述限位端板9用于限制2个圆柱导轨4的相对位置变化。

其中，L形转接块5的一面与所述第二偏心运动模块6-2可以通过螺钉固定连接，在L形转接块5和第二偏心运动模块6-2上对应设有螺纹孔。并且，2个圆柱导轨4所在平面与所述第二偏心运动模块6-2的轴线垂直。

采用粗糙度干涉仪20倍光学物镜下，检测0.73×0.73mm的样品，检测结果如图5所示，其中，图5(a)为抛光前非球面光学元件的表面粗糙度检测图；(b)为采用现有技术中偏心公转运动方式进行沥青抛光后的非球面光学元件的表面粗糙度检测图；(c)为采用本发明中的抛光装置进行抛光后的非球面光学元件的表面粗糙度检测图。从图中可以明显看出，(a)图中的RMS值为0.625nm，(b)图中的RMS值为0.289，(c)图中的RMS值为0.147nm，说明采用本发明中的抛光装置进行抛光后的非球面光学元件的表面粗糙度相较于现有抛光方式，表面质量很高，有非常明显的改善。

本发明的提高非球面光学元件表面粗糙度的沥青抛光装置，旋转主轴旋转带动所述气囊沥青抛光头旋转，第一偏心运动模块跟随进行转动，带动摆动模块在所述第二主体上滑动，使气囊沥青抛光头在平面内摆动，区别于传统沥青抛光中的偏心公转加自转、偏心公转的运动形式，实现非球面光学元件的表面粗糙度加工达到为深亚纳米级。

当然本发明还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。