本發(fā)明涉及光學(xué)加工，特別是一種用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控雙擺機構(gòu)。

背景技術(shù)：

在專利《一種離軸非球面光學(xué)冷加工機床》(專利公開號CN100519072C)中，介紹了一種離軸非球面光學(xué)冷加工機床。該機械通過工件的定角度擺動和拋光盤的定角度擺動來加工離軸非球面，主要有兩大問題：

1、工件裝夾在工作臺上，此種工作臺質(zhì)量很大，不能高速擺動，限制加工效率，另外由于該發(fā)明中采用的是從動式拋光盤，低速運動往往容易跳動；

2、由于沒有自動控制，工件和拋光盤在一次拋光中只能定角度往復(fù)擺動，極容易引起切帶，給加工帶來極大的困難。

綜上所述，該發(fā)明不能取代傳統(tǒng)手修方式和數(shù)控機床加工方式，不能達到發(fā)明目的。

采用傳統(tǒng)的數(shù)控拋光(CCOS)方式拋光工件，加工靈活性差，加工質(zhì)量差，很多情況下依然需要手修，但手修非球面光學(xué)元件存在勞動強度大、面形難以精確控制的缺點，所以非球面光學(xué)加工中迫切需要一種靈活如手、運動精度又比手高的拋光設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述問題而提供一種用于各種非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控雙擺機構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控雙擺機構(gòu)，其特征在于，包括機架、Y軸電機、Y軸曲柄、Y軸連桿、X軸電機、X軸曲柄、X軸連桿、配重塊、直線導(dǎo)軌滑臺、十字萬向節(jié)、拋光盤、控制器、Y軸電滑環(huán)和X軸電滑環(huán)；

所述的Y軸曲柄包括曲柄架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺，所述的曲柄架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺組成一維電動直線導(dǎo)軌滑臺模塊，所述的Y軸曲柄的曲柄架上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在所述的機架上，所述的Y軸曲柄的滑臺移動方向垂直于所述的轉(zhuǎn)軸方向，所述的Y軸曲柄的滑臺上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的Y軸電機固定在所述的機架上，所述的Y軸電機的轉(zhuǎn)子軸線方向為豎直方向，所述的Y軸電機的轉(zhuǎn)子輸出端通過聯(lián)軸器連接到所述的Y軸曲柄的曲柄架的轉(zhuǎn)軸上，所述的Y軸連桿包括連桿架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺，所述的連桿架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺組成一維電動直線導(dǎo)軌滑臺模塊，所述的Y軸連桿的連桿架的一端通過軸承與所述的Y軸曲柄的滑臺上的轉(zhuǎn)軸連接，所述的Y軸連桿的滑臺的移動方向垂直于所述的Y軸曲柄的滑臺上的轉(zhuǎn)軸軸線，所述的Y軸連桿的滑臺上固設(shè)有沿平行于滑臺運動方向向遠離所述的Y軸曲柄的方向伸出的擺桿，所述的X軸電機、X軸曲柄、X軸連桿的結(jié)構(gòu)、安裝方式與安裝高度與所述的Y軸電機、Y軸曲柄、Y軸連桿的結(jié)構(gòu)、安裝方式與安裝高度相同，所述的X軸連桿的滑臺上的擺桿在遠離所述的滑臺的一端固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承連接到所述的Y軸連桿的滑臺上的擺桿上，所述的Y軸連桿的滑臺的擺桿在遠離所述的Y軸連桿的滑臺的一端固定有所述的直線導(dǎo)軌滑臺的滑臺部分，所述的直線導(dǎo)軌滑臺的導(dǎo)軌運動方向相對于所述的直線導(dǎo)軌滑臺的滑臺為垂直方向，在所述的直線導(dǎo)軌滑臺的導(dǎo)軌上端固設(shè)有所述的配重塊，在所述的直線導(dǎo)軌滑臺的導(dǎo)軌下端固設(shè)有所述的十字萬向節(jié)的上端的連桿，所述的十字萬向節(jié)的下端的連桿上固設(shè)有所述的拋光盤，所述的Y軸電滑環(huán)套在所述的Y軸曲柄的曲柄架的豎直軸上，所述的X軸電滑環(huán)套在所述的X軸曲柄的曲柄架的豎直軸上，所述的控制器的控制端通過導(dǎo)線連接到所述的Y軸電機、X軸電機、Y軸連桿的電機、X軸連桿的電機、Y軸電滑環(huán)和X軸電滑環(huán)的輸入端上，所述的Y軸電滑環(huán)和X軸電滑環(huán)的輸出端通過導(dǎo)線連接到所述的Y軸曲柄的電機和所述的X軸曲柄的電機的輸入端上。

所述的機架包括底座部分和調(diào)整架部分，所述的底座上固設(shè)有豎直桿，所述的調(diào)整架固設(shè)有豎直套筒，所述的豎直套筒套在所述的機架的底座部分的豎直桿上，所述的機架的調(diào)整架部分的豎直套筒的套筒壁沿垂直于套筒壁方向設(shè)有2～6個螺紋孔，所述的螺紋孔內(nèi)旋有螺栓，所述的螺栓頂緊在所述的機架底座部分的豎直桿上。

所述的Y軸電機、所述的X軸電機、所述的Y軸曲柄的電機、所述的X軸曲柄的電機、所述的Y軸連桿的電機和所述的X軸連桿的電機為步進電機或伺服電機；

所述的十字萬向節(jié)的兩根軸線相交，且交點與連接所述的拋光盤的位置的距離小于2厘米；

所述的控制器包括一個可編程四軸步進電機運動控制器或可編程四軸伺服電機運動控制器和一個可編程兩軸步進電機運動控制器或可編程兩軸伺服電機運動控制器。

本發(fā)明的工作原理描述為：

首先將所述的機架放置在相對于工件的適當(dāng)位置上，調(diào)整所述的機架的調(diào)整架至合適高度。所述的機架、Y軸曲柄、X軸曲柄、Y軸連桿和X軸連桿組成5桿機構(gòu)，所述的Y軸電機和所述的X軸電機為所述的5桿機構(gòu)的兩個動力源，所述的Y軸電機和所述的X軸電機分別帶動所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄轉(zhuǎn)動，所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的轉(zhuǎn)動帶動所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿運動，所述的Y軸連桿通過所述的直線導(dǎo)軌滑臺帶動所述的拋光盤運動。所述的控制器通過控制所述的Y軸電機和所述的X軸電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動相位控制所述的拋光盤的運動模式，所述的控制器通過控制所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的長度控制所述的拋光盤的運動幅度，所述的控制器通過控制所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿的長度控制所述的拋光盤的運動區(qū)域，從而完成旋轉(zhuǎn)對稱非球面、離軸非球面或自由曲面光學(xué)元件的拋光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

所述的控制器通過控制所述的Y軸電機和所述的X軸電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動相位控制所述的拋光盤的運動模式，所述的控制器通過控制所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的長度控制所述的拋光盤的運動幅度，所述的控制器通過控制所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿的長度控制所述的拋光盤的運動區(qū)域，所以，只要設(shè)計合適的運動模式、運動幅度、運動區(qū)域，本發(fā)明就可以完成旋轉(zhuǎn)對稱非球面、離軸非球面或自由曲面光學(xué)元件的拋光。

本發(fā)明可以取代傳統(tǒng)手修非球面的過程，拋光靈活，同時運動精度和拋光效率又比手高，運動方式與現(xiàn)有數(shù)控拋光(CCOS)方式不同又會帶來中頻誤差小的有益效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控雙擺機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖；

圖3為工件要拋修的區(qū)域示意圖；

圖4為拋光盤的一種運動軌跡示意圖；

圖中，1-機架，2-Y軸電機，3-Y軸曲柄，4-Y軸連桿，5-Y軸電機，6-Y軸曲柄，7-Y軸連桿，8-配重塊，9-直線導(dǎo)軌滑臺，10-十字萬向節(jié)，11-拋光盤，12-控制器，13-Y軸電滑環(huán)，14-X軸電滑環(huán)，15-工件。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。

參看圖1，圖1為本發(fā)明用于非球面光學(xué)元件拋光的數(shù)控雙擺機構(gòu)，包括機架1、Y軸電機2、Y軸曲柄3、Y軸連桿4、X軸電機5、X軸曲柄6、X軸連桿7、配重塊8、直線導(dǎo)軌滑臺9、十字萬向節(jié)10、拋光盤11、控制器12、Y軸電滑環(huán)13和X軸電滑環(huán)14；

所述的Y軸曲柄3包括曲柄架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺，所述的曲柄架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺組成一維電動直線導(dǎo)軌滑臺模塊，所述的Y軸曲柄3的曲柄架上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在所述的機架1上，所述的Y軸曲柄3的滑臺移動方向垂直于所述的轉(zhuǎn)軸方向，所述的Y軸曲柄3的滑臺上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的Y軸電機2固定在所述的機架1上，所述的Y軸電機2的轉(zhuǎn)子軸線方向為豎直方向，所述的Y軸電機2的轉(zhuǎn)子輸出端通過聯(lián)軸器連接到所述的Y軸曲柄3的曲柄架的轉(zhuǎn)軸上，所述的Y軸連桿4包括連桿架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺，所述的連桿架、電機、絲桿、直線導(dǎo)軌和滑臺組成一維電動直線導(dǎo)軌滑臺模塊，所述的Y軸連桿4的連桿架的一端通過軸承與所述的Y軸曲柄3的滑臺上的轉(zhuǎn)軸連接，所述的Y軸連桿4的滑臺的移動方向垂直于所述的Y軸曲柄3的滑臺上的轉(zhuǎn)軸軸線，所述的Y軸連桿4的滑臺上固設(shè)有沿平行于滑臺運動方向向遠離所述的Y軸曲柄3的方向伸出的擺桿，所述的X軸電機5、X軸曲柄6、X軸連桿7的結(jié)構(gòu)、安裝方式與安裝高度與所述的Y軸電機2、Y軸曲柄3、Y軸連桿4的結(jié)構(gòu)、安裝方式與安裝高度相同，所述的X軸連桿7的滑臺上的擺桿在遠離所述的滑臺的一端固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過軸承連接到所述的Y軸連桿4的滑臺上的擺桿上，所述的Y軸連桿4的滑臺的擺桿在遠離所述的Y軸連桿4的滑臺的一端固定有所述的直線導(dǎo)軌滑臺9的滑臺部分，所述的直線導(dǎo)軌滑臺9的導(dǎo)軌運動方向相對于所述的直線導(dǎo)軌滑臺9的滑臺為垂直方向，在所述的直線導(dǎo)軌滑臺9的導(dǎo)軌上端固設(shè)有所述的配重塊8，在所述的直線導(dǎo)軌滑臺9的導(dǎo)軌下端固設(shè)有所述的十字萬向節(jié)10的上端的連桿，所述的十字萬向節(jié)10的下端的連桿上固設(shè)有所述的拋光盤11，所述的Y軸電滑環(huán)13套在所述的Y軸曲柄3的曲柄架的豎直軸上，所述的X軸電滑環(huán)14套在所述的X軸曲柄6的曲柄架的豎直軸上，所述的控制器12的控制端通過導(dǎo)線連接到所述的Y軸電機2、X軸電機5、Y軸連桿4的電機、X軸連桿7的電機、Y軸電滑環(huán)13和X軸電滑環(huán)14的輸入端上，所述的Y軸電滑環(huán)13和X軸電滑環(huán)14的輸出端通過導(dǎo)線連接到所述的Y軸曲柄3的電機和所述的X軸曲柄6的電機的輸入端上。

所述的機架1包括底座和調(diào)整架，所述的底座上固設(shè)有豎直桿，所述的調(diào)整架固設(shè)有豎直套筒，所述的豎直套筒套在所述的機架1的底座部分的豎直桿上，所述的機架1的調(diào)整架部分的豎直套筒的套筒壁沿垂直于套筒壁方向設(shè)有2～6個螺紋孔，所述的螺紋孔內(nèi)旋有螺栓，所述的螺栓頂緊在所述的機架1底座部分的豎直桿上；

所述的Y軸電機2為步進電機或伺服電機；

所述的X軸電機5為步進電機或伺服電機；

所述的Y軸曲柄3的電機為步進電機或伺服電機；

所述的X軸曲柄6的電機為步進電機或伺服電機；

所述的Y軸連桿4的電機為步進電機或伺服電機；

所述的X軸連桿7的電機為步進電機或伺服電機；

所述的十字萬向節(jié)10的兩根軸線相交，且交點與連接所述的拋光盤11的位置的距離小于2厘米；

所述的控制器12包括一個可編程四軸步進電機運動控制器或可編程四軸伺服電機運動控制器和一個可編程兩軸步進電機運動控制器或可編程兩軸伺服電機運動控制器。

現(xiàn)結(jié)合圖1和圖2描述本發(fā)明的工作過程，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖，機架1、Y軸曲柄3、X軸曲柄6、Y軸連桿4和X軸連桿7組成5桿機構(gòu)，Y軸電機2和X軸電機5為5桿機構(gòu)的兩個動力源，帶動Y軸曲柄3和X軸曲柄6做整周轉(zhuǎn)動，Y軸曲柄3和X軸曲柄6的轉(zhuǎn)動帶動Y軸連桿4和X軸連桿7運動，Y軸連桿7通過直線導(dǎo)軌滑臺9帶動拋光盤11運動，通過拋光盤11的運動拋光工件?？刂破?2通過控制Y軸電機2和X軸電機5的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動相位控制拋光盤9的運動模式，通過控制Y軸曲柄3和X軸曲柄6的長度控制拋光盤11的運動幅度，通過控制Y軸連桿4和X軸連桿7的長度控制拋光盤11的運動區(qū)域，從而完成旋轉(zhuǎn)對稱非球面、離軸非球面或自由曲面光學(xué)元件的拋光。

舉例說明一種實際加工情況。參見圖3，圖3為工件要拋修的區(qū)域示意圖，陰影部分為要拋修的區(qū)域，區(qū)域中心拋修量大，邊緣拋修量小，所以可使拋光盤以拋修區(qū)域中心為中心做螺旋運動，螺旋線從邊緣至中心越來越密，這可以通過使X軸曲柄6和Y軸曲柄3轉(zhuǎn)速相同并結(jié)合改變Y軸曲柄和X軸曲柄長度實現(xiàn)，兩個曲柄長度減速變短，直至為零。參見圖4，圖4為本發(fā)明中拋光盤的一種運動軌跡示意圖，用于拋光圖3所示類型的面形。