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(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在專(zhuān)利《一種離軸非球面光學(xué)冷加工機(jī)床》(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN100519072C)中，介紹了一種離軸非球面光學(xué)冷加工機(jī)床。該機(jī)械通過(guò)工件的定角度擺動(dòng)和拋光盤(pán)的定角度擺動(dòng)來(lái)加工離軸非球面，主要有兩大問(wèn)題：

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

2、由于沒(méi)有自動(dòng)控制，工件和拋光盤(pán)在一次拋光中只能定角度往復(fù)擺動(dòng)，極容易引起切帶，給加工帶來(lái)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(jī)床加工方式，不能達(dá)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(dòng)強(qiáng)度大、面形難以精確控制的缺點(diǎn)，所以非球面光學(xué)加工中迫切需要一種靈活如手、運(yùn)動(dòng)精度又比手高的拋光設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)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(jī)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(jī)構(gòu)，其特征在于，包括機(jī)架、Y軸電機(jī)、Y軸曲柄、Y軸連桿、X軸電機(jī)、X軸曲柄、X軸連桿、配重塊、直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)、十字萬(wàn)向節(jié)、拋光盤(pán)、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(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)，所述的曲柄架、電機(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)組成一維電動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)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(guò)軸承安裝在所述的機(jī)架上，所述的Y軸曲柄的滑臺(tái)移動(dòng)方向垂直于所述的轉(zhuǎn)軸方向，所述的Y軸曲柄的滑臺(tái)上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的Y軸電機(jī)固定在所述的機(jī)架上，所述的Y軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)方向?yàn)樨Q直方向，所述的Y軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出端通過(guò)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(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)，所述的連桿架、電機(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)組成一維電動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)模塊，所述的Y軸連桿的連桿架的一端通過(guò)軸承與所述的Y軸曲柄的滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)軸連接，所述的Y軸連桿的滑臺(tái)的移動(dòng)方向垂直于所述的Y軸曲柄的滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)軸軸線(xiàn)，所述的Y軸連桿的滑臺(tái)上固設(shè)有沿平行于滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向向遠(yuǎn)離所述的Y軸曲柄的方向伸出的擺桿，所述的X軸電機(jī)、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(jī)、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(tái)上的擺桿在遠(yuǎn)離所述的滑臺(tái)的一端固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承連接到所述的Y軸連桿的滑臺(tái)上的擺桿上，所述的Y軸連桿的滑臺(tái)的擺桿在遠(yuǎn)離所述的Y軸連桿的滑臺(tái)的一端固定有所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)的滑臺(tái)部分，所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)的滑臺(tái)為垂直方向，在所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)的導(dǎo)軌上端固設(shè)有所述的配重塊，在所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)的導(dǎo)軌下端固設(shè)有所述的十字萬(wàn)向節(jié)的上端的連桿，所述的十字萬(wàn)向節(jié)的下端的連桿上固設(shè)有所述的拋光盤(pán)，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(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到所述的Y軸電機(jī)、X軸電機(jī)、Y軸連桿的電機(jī)、X軸連桿的電機(jī)、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(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到所述的Y軸曲柄的電機(jī)和所述的X軸曲柄的電機(jī)的輸入端上。

所述的機(jī)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(jī)架的底座部分的豎直桿上，所述的機(jī)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(gè)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(jī)架底座部分的豎直桿上。

所述的Y軸電機(jī)、所述的X軸電機(jī)、所述的Y軸曲柄的電機(jī)、所述的X軸曲柄的電機(jī)、所述的Y軸連桿的電機(jī)和所述的X軸連桿的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

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

所述的控制器包括一個(gè)可編程四軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器或可編程四軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器和一個(gè)可編程兩軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器或可編程兩軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器。

本發(fā)明的工作原理描述為：

首先將所述的機(jī)架放置在相對(duì)于工件的適當(dāng)位置上，調(diào)整所述的機(jī)架的調(diào)整架至合適高度。所述的機(jī)架、Y軸曲柄、X軸曲柄、Y軸連桿和X軸連桿組成5桿機(jī)構(gòu)，所述的Y軸電機(jī)和所述的X軸電機(jī)為所述的5桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)動(dòng)力源，所述的Y軸電機(jī)和所述的X軸電機(jī)分別帶動(dòng)所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿運(yùn)動(dòng)，所述的Y軸連桿通過(guò)所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)帶動(dòng)所述的拋光盤(pán)運(yùn)動(dòng)。所述的控制器通過(guò)控制所述的Y軸電機(jī)和所述的X軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動(dòng)相位控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)模式，所述的控制器通過(guò)控制所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的長(zhǎng)度控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)幅度，所述的控制器通過(guò)控制所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿的長(zhǎng)度控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，從而完成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)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(guò)控制所述的Y軸電機(jī)和所述的X軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動(dòng)相位控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)模式，所述的控制器通過(guò)控制所述的Y軸曲柄和所述的X軸曲柄的長(zhǎng)度控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)幅度，所述的控制器通過(guò)控制所述的Y軸連桿和所述的X軸連桿的長(zhǎng)度控制所述的拋光盤(pán)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，所以，只要設(shè)計(jì)合適的運(yùn)動(dòng)模式、運(yùn)動(dòng)幅度、運(yùn)動(dòng)區(qū)域，本發(fā)明就可以完成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)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(guò)程，拋光靈活，同時(shí)運(yùn)動(dòng)精度和拋光效率又比手高，運(yùn)動(dòng)方式與現(xiàn)有數(shù)控拋光(CCOS)方式不同又會(huì)帶來(lái)中頻誤差小的有益效果。

附圖說(shuō)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖3為工件要拋修的區(qū)域示意圖；

圖4為拋光盤(pán)的一種運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；

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

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、Y軸電機(jī)2、Y軸曲柄3、Y軸連桿4、X軸電機(jī)5、X軸曲柄6、X軸連桿7、配重塊8、直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9、十字萬(wàn)向節(jié)10、拋光盤(pán)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(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)，所述的曲柄架、電機(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)組成一維電動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)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(guò)軸承安裝在所述的機(jī)架1上，所述的Y軸曲柄3的滑臺(tái)移動(dòng)方向垂直于所述的轉(zhuǎn)軸方向，所述的Y軸曲柄3的滑臺(tái)上固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的Y軸電機(jī)2固定在所述的機(jī)架1上，所述的Y軸電機(jī)2的轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)方向?yàn)樨Q直方向，所述的Y軸電機(jī)2的轉(zhuǎn)子輸出端通過(guò)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(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)，所述的連桿架、電機(jī)、絲桿、直線(xiàn)導(dǎo)軌和滑臺(tái)組成一維電動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)模塊，所述的Y軸連桿4的連桿架的一端通過(guò)軸承與所述的Y軸曲柄3的滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)軸連接，所述的Y軸連桿4的滑臺(tái)的移動(dòng)方向垂直于所述的Y軸曲柄3的滑臺(tái)上的轉(zhuǎn)軸軸線(xiàn)，所述的Y軸連桿4的滑臺(tái)上固設(shè)有沿平行于滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向向遠(yuǎn)離所述的Y軸曲柄3的方向伸出的擺桿，所述的X軸電機(jī)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(jī)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(tái)上的擺桿在遠(yuǎn)離所述的滑臺(tái)的一端固設(shè)有豎直轉(zhuǎn)軸，所述的豎直轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承連接到所述的Y軸連桿4的滑臺(tái)上的擺桿上，所述的Y軸連桿4的滑臺(tái)的擺桿在遠(yuǎn)離所述的Y軸連桿4的滑臺(tái)的一端固定有所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9的滑臺(tái)部分，所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9的滑臺(tái)為垂直方向，在所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9的導(dǎo)軌上端固設(shè)有所述的配重塊8，在所述的直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9的導(dǎo)軌下端固設(shè)有所述的十字萬(wàn)向節(jié)10的上端的連桿，所述的十字萬(wàn)向節(jié)10的下端的連桿上固設(shè)有所述的拋光盤(pán)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(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到所述的Y軸電機(jī)2、X軸電機(jī)5、Y軸連桿4的電機(jī)、X軸連桿7的電機(jī)、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(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接到所述的Y軸曲柄3的電機(jī)和所述的X軸曲柄6的電機(jī)的輸入端上。

所述的機(jī)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(jī)架1的底座部分的豎直桿上，所述的機(jī)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(gè)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(jī)架1底座部分的豎直桿上；

所述的Y軸電機(jī)2為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的X軸電機(jī)5為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的Y軸曲柄3的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的X軸曲柄6的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的Y軸連桿4的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

所述的X軸連桿7的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；

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

所述的控制器12包括一個(gè)可編程四軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器或可編程四軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器和一個(gè)可編程兩軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器或可編程兩軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器。

現(xiàn)結(jié)合圖1和圖2描述本發(fā)明的工作過(guò)程，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，機(jī)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(jī)構(gòu)，Y軸電機(jī)2和X軸電機(jī)5為5桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)動(dòng)力源，帶動(dòng)Y軸曲柄3和X軸曲柄6做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸曲柄3和X軸曲柄6的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)Y軸連桿4和X軸連桿7運(yùn)動(dòng)，Y軸連桿7通過(guò)直線(xiàn)導(dǎo)軌滑臺(tái)9帶動(dòng)拋光盤(pán)11運(yùn)動(dòng)，通過(guò)拋光盤(pán)11的運(yùn)動(dòng)拋光工件?？刂破?2通過(guò)控制Y軸電機(jī)2和X軸電機(jī)5的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)動(dòng)相位控制拋光盤(pán)9的運(yùn)動(dòng)模式，通過(guò)控制Y軸曲柄3和X軸曲柄6的長(zhǎng)度控制拋光盤(pán)11的運(yùn)動(dòng)幅度，通過(guò)控制Y軸連桿4和X軸連桿7的長(zhǎng)度控制拋光盤(pán)11的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，從而完成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)非球面、離軸非球面或自由曲面光學(xué)元件的拋光。

舉例說(shuō)明一種實(shí)際加工情況。參見(jiàn)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(pán)以?huà)佇迏^(qū)域中心為中心做螺旋運(yùn)動(dòng)，螺旋線(xiàn)從邊緣至中心越來(lái)越密，這可以通過(guò)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(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)曲柄長(zhǎng)度減速變短，直至為零。參見(jiàn)圖4，圖4為本發(fā)明中拋光盤(pán)的一種運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，用于拋光圖3所示類(lèi)型的面形。