一种可变形研抛盘
阅读说明：本技术 一种可变形研抛盘 (Deformable grinding and polishing disc ) 是由 刘振宇 罗霄 王孝坤 张学军 于 2020-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种可变形研抛盘,包括：由1个圆形研抛盘和至少1个圆环状研抛盘组成的研抛盘组、与研抛盘组连接的压力元件组；通过改变与研抛盘组连接的压力元件组施加的压力,控制研抛盘组整体形状。本发明通过分隔现有研抛盘底部为同心环,并加入压力元件进行调节,使研抛盘曲率半径在一定范围内可调,在非球面光学元件加工过程中保证了研抛盘与光学元件的吻合性。本发明还通过主动调节可变形研抛盘改变去除函数,实现了不同频率误差的有效收敛,从材料去除稳定性,面形收敛效率两方面提升了非球面光学元件的加工效率,增加了研抛盘的适用性。本发明原理清晰,结构简单,相比复杂的机械结构或计算机实时运算处理,能有效降低成本。(The invention provides a deformable polishing disc, comprising: the polishing device comprises a polishing disc group consisting of 1 circular polishing disc and at least 1 circular polishing disc, and a pressure element group connected with the polishing disc group; the overall shape of the polishing disk group is controlled by changing the pressure applied by the pressure element group connected with the polishing disk group. The bottom of the existing polishing disk is divided into the concentric rings, and the pressure element is added for adjustment, so that the curvature radius of the polishing disk is adjustable within a certain range, and the coincidence between the polishing disk and the optical element is ensured in the processing process of the aspheric optical element. The invention also changes the removal function by actively adjusting the deformable polishing disk, realizes the effective convergence of different frequency errors, improves the processing efficiency of the aspheric optical element from two aspects of material removal stability and surface convergence efficiency, and increases the applicability of the polishing disk. The invention has clear principle and simple structure, and can effectively reduce the cost compared with a complex mechanical structure or computer real-time operation processing.)
技术领域
本发明涉及非球面光学元件加工领域，特别涉及一种可变形研抛盘。
背景技术
非球面光学元件能有效提高成像质量，简化结构，因此，在现代光学系统中得到广泛应用。随着光学技术的不断发展，现代光学系统对非球面光学元件的指标要求不断提高，为进一步提升光学系统分辨率，非球面光学元件口径不断增大。同时，为提升系统成像质量，对光学元件的面形精度指标提出了更高要求。为满足这些需求，需要进一步提升非球面光学元件加工效率。
大口径非球面光学元件加工难点主要有两方面：
1、非球面光学元件表面各处曲率半径不同，大口径研抛盘难以与非球面表面吻合，收敛效率差，小口径研抛盘材料去除效率较低，影响加工效率。
2、大口径非球面光学元件加工周期较长，表面误差频率包含低阶、中、高频误差，难以使用单一口径磨头进行修正。大口径磨头对中高频误差去除效果较差，小口径磨头加工低阶面型效率较低。
现有技术中，应力盘加工技术是解决非曲面不吻合问题的主要方法。该技术是使用力驱动器控制研抛盘形状，使研抛盘能够在非球面光学表面不同位置均能够保持吻合。
应力盘加工技术主要存在两方面局限性：
1、应力盘的变形需要使用力驱动器或近似结构，因此其结构较为复杂。并且需要加入控制系统以实现实时形变，成本较高。
2、由于需要安装力驱动器等控制元件，应力盘尺寸一般较大，对小尺度中高频面形误差控制能力较差，需要配合小口径研抛盘使用。
发明内容
本发明为解决大口径研抛盘与非球面光学元件表面不吻合以及单一口径研抛盘对不同频率面形误差控制能力不足问题的问题，提供以下可变形研抛盘。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种可变形研抛盘，包括：由1个圆形研抛盘和至少1个圆环状研抛盘组成的研抛盘组、与研抛盘组连接的压力元件组；通过改变与研抛盘组连接的压力元件组施加的压力，控制研抛盘组整体形状。
优选地，圆形研抛盘包括：圆形基底、圆形基底研抛丸片组；圆形基底上表面连接压力元件组，下表面连接圆形基底研抛丸片组。
优选地，圆环状研抛盘包括：圆环状基底、圆环状基底研抛丸片组；圆环状基底上表面连接压力元件组，下表面连接圆环状基底研抛丸片组。
优选地，压力元件组包括与圆形研抛盘和圆环状研抛盘一一对应并连接的压力元件结构；连接圆形研抛盘的压力元件结构包括1个压力元件，连接圆环状研抛盘的压力元件结构包括至少3个压力元件；压力元件上表面连接刚性基底，下表面连接圆形研抛盘或圆环状研抛盘，按角度均匀分布在圆周内，同步进行调节压力动作，共同调节对连接的所述研抛盘施加的压力。
优选地，压力元件为气缸、弹簧或液压缸。
优选地，圆形基底、圆环状基底和刚性基底的材料为铝合金。
本发明能够取得以下技术效果：
(1)分隔现有研抛盘底部为同心环，并加入压力元件进行调节，使研抛盘曲率半径在一定范围内可调，在非球面光学元件加工过程中保证了研抛盘与光学元件的吻合性。
(2)通过主动调节可变形研抛盘改变去除函数，实现了不同频率误差的有效收敛，从材料去除稳定性，面形收敛效率两方面提升了非球面光学元件的加工效率，增加了研抛盘的适用性。
(3)结构原理清晰，结构简单，相比复杂的机械结构或计算机实时运算处理，能有效降低成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例的简易结构示意图主视图；
图2是根据本发明实施例的简易结构示意图仰视图。
其中的附图标记包括：圆形研抛盘11、一号圆环状研抛盘12、二号圆环状研抛盘13、压力元件21、一号压力元件机构22、二号压力元件结构23、刚性基底3、圆形基底111、一号圆环状基底121、二号圆环状基底131、圆形基底研抛丸片组112、一号圆环状基底研抛丸片组122、二号圆环状基底研抛丸片组132。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的可变形研抛盘，包括由圆形研抛盘11、一号圆环状研抛盘12和二号圆环状研抛盘13组成的研抛盘组，圆形研抛盘11、一号圆环状研抛盘12和二号圆环状研抛盘13圆心重合，直径不同；还包括与圆形研抛盘11、一号圆环状研抛盘12、二号圆环状研抛盘13分别连接的压力元件21、一号压力元件机构22、二号压力元件结构23；通过改变压力元件21、一号压力元件机构22、二号压力元件结构23施加的压力，可控制圆形研抛盘11、一号圆环状研抛盘12、二号圆环状研抛盘13的形状。
在本发明的一个实施例中，圆形研抛盘11包括：圆形基底111、圆形基底研抛丸片组112，圆形基底111上表面连接压力元件21，下表面连接圆形基底研抛丸片组112；一号圆环状研抛盘12包括：一号圆环状基底121、一号圆环状基底研抛丸片组122，一号圆环状基底121上表面连接一号压力元件机构22，下表面连接一号圆环状基底研抛丸片组122；二号圆环状研抛盘13包括：二号圆环状基底131、二号圆环状基底研抛丸片组132，二号圆环状基底131上表面连接二号压力元件结构23，下表面连接二号圆环状基底研抛丸片组132；采用基底和研抛丸片组可分离的结构，便于更换研抛组件，相比一体化的研抛盘，可减少更换研抛组件成本，并提高研抛组件更换效率。
应该说明的是，本实施例关于研抛盘组包含的研抛盘的数量以及压力元件结构的数量，只是示意性的，包含四个或者更多个的上述元件的组合设置，均在本发明的保护范围之内。
在本发明的一个实施例中，一号压力元件机构22、二号压力元件结构23都包括至少3个相同的压力元件；压力元件上表面连接刚性基底3，下表面连接研抛盘，按角度均匀分布在圆周内，同步进行调节压力动作，共同调节对连接的研抛盘施加的压力；连接圆环状研抛盘的每个压力元件结构包括至少3个相同的压力元件，可稳定连接研抛盘，防止发生倾斜，压力元件均匀分布可保证研抛盘受力均匀。
在本发明的一个实施例中，压力元件为气缸，气缸可以提供易调节的稳定定值压力。
在本发明的一个替代实施例中，使用其他压力元件替代气缸，例如弹簧，使用弹簧作为压力元件，可缓慢调节压力，减小调节压力对待加工元件的冲击，或者压力元件为液压缸，可提供更精确的定值压力，并具有一定的冷却作用。
在本发明的一个实施例中，研抛盘基底与刚性基底3材料为铝合金；选用铝合金材料，可以使基底在具有一定机械强度的同时，减轻设备重量。
下面结合图1对本发明进行详细说明：
本实施例选用半径150mm研抛盘，将研抛盘分为：
圆形研抛盘11：半径50mm圆形；一号圆环状研抛盘12：半径60-100mm圆环；二号圆环状研抛盘13：半径110-150mm圆环三部分。
圆形研抛盘11位于研抛盘中心，上方与1个气缸连接，气缸上方与刚性基底3连接，位置位于刚性基底3中心；
一号圆环状研抛盘12上方与3个气缸连接，气缸上方与刚性基底3连接，位置位于半径80mm处，成120度均匀分布；
二号圆环状研抛盘13上方与3个气缸连接，气缸与上方刚性基底3连接，位置位于半径130mm处，成120度均匀分布。
对于上述研抛盘，选用SMC公司CQ2A16-20气缸。该气缸内径为16mm，每0.1Mpa压强可提供20N压力，可满足加工需要。
实际加工过程中，针对非球面光学元件表面大尺度面形误差，通过气缸控制各部分圆环压力一致，实现均匀材料去除。针对小尺寸中高频面形误差，可以减少外侧圆环压强，获得峰值更高，半宽更窄的材料去除。
本发明结构简单，成本较低。能够有效解决非球面光学元件加工过程中研抛盘与待加工元件表面不吻合导致的材料去除量不稳定问题，同时能够提升研抛盘对不同频率面形的适应性，可实现非球面光学元件的高效率加工。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
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