用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非球面先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于拋光超大偏離度非 球面的類氣囊磨頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 非球面拋光是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域的難點(diǎn)，特別體現(xiàn)在如何有效去除非球面表 面中頻誤差。在拋光過程中，通常將拋光模與工件表面貼合，同時(shí)做高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生切 向力，使玻璃表面的微小突起被切削；由于非球面方程各點(diǎn)的曲率半徑不同，普通的拋光磨 頭很難與非球面表面實(shí)現(xiàn)完美匹配，因此，無法獲得高精度的非球面光學(xué)元件。目前普遍采 用的計(jì)算機(jī)控制表面成型技術(shù)，由于主要采用小磨頭拋光，拋光磨頭接觸區(qū)域較小且路徑 軌跡固定，因此，無法有效去除中頻誤差。
[0003] 非球面光學(xué)元件的定義為:通常是一條二次曲線或高次曲線，繞曲線的對(duì)稱軸旋 轉(zhuǎn)所形成的回轉(zhuǎn)曲面。其非球面多項(xiàng)式方程表述為：
[0004]
(1)
[0005] 其中，R表示頂點(diǎn)曲率半徑，k表示二次系數(shù)，Z(y)表示矢高大小，變量y表示口徑大 小。非球面光學(xué)元件加工的難點(diǎn)在于非球面方程表面各點(diǎn)曲率半徑各不相同，因此普通的 拋光方法如傳統(tǒng)瀝青拋光，拋光盤與工件大小基本相同，無法與非球面表面形狀匹配，導(dǎo)致 面形不可控，同時(shí)無法有效去除中頻誤差。如圖1所示，表征非球面方程特征曲線。其中左圖 藍(lán)線表示非球面方程曲線，綠線表示最佳擬合球曲線;右圖表示偏離量大小與口徑的關(guān)系， 即在距離非球面中心大約100mm半徑處，非球面偏離量最大，約1.2mm。這表示在此處進(jìn)行非 球面加工過程中，磨頭匹配程度最差。因此，需要解決此問題，盡量提高磨頭匹配程度。
[0006] 申請(qǐng)?zhí)枮?01110452719.5的中國專利公開了一項(xiàng)名為"一種間隙自適應(yīng)拋光磨 頭"的技術(shù)方案;該方案包括連接件、多個(gè)調(diào)整螺釘、與調(diào)整螺釘個(gè)數(shù)相同的彈簧、調(diào)整板、 波紋管和磨頭體，調(diào)整板上設(shè)有與調(diào)整螺釘個(gè)數(shù)相同的沉孔，調(diào)整螺釘旋入連接件上的螺 紋孔并壓入調(diào)整板的沉孔內(nèi)，連接件通過調(diào)整螺釘外側(cè)的彈簧與調(diào)整板連接，調(diào)整板通過 波紋管與磨頭體連接。使用該自適應(yīng)拋光磨頭時(shí)，磨頭在拉簧的作用下可以自動(dòng)補(bǔ)償間隙， 但磨頭的表面為剛性體，不能很好的與非球面表面實(shí)現(xiàn)貼合，導(dǎo)致拋光過程中無法避免中 頻誤差，無法獲得高精度非球面元件。
[0007] 英國Zeeko公司生產(chǎn)的氣囊磨頭，如圖2所示，已經(jīng)廣泛用于光學(xué)元件拋光過程。但 是Zeeko公司使用的進(jìn)動(dòng)式拋光氣囊磨頭雖然可以依靠不同的Offset大小獲得不同的接觸 區(qū)域大小，但是此種方法無法實(shí)現(xiàn)在非球面工件表面大面積區(qū)域有效適應(yīng)非球面形狀，因 此無法改善中頻質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提出一種用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭，解決現(xiàn)有 技術(shù)中普遍存在的拋光磨頭表面與工件表面曲率半徑不匹配導(dǎo)致中頻誤差無法有效校正 的問題，特別是解決〇.5_量級(jí)以上大偏離度非球面拋光過程無法有效去除中頻誤差的問 題。
[0009] 用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭，包括連接法蘭、高度調(diào)節(jié)板、磨頭底 座、氣囊骨架、彈性材料、拋光氣囊帽和拋光模，所述拋光模膠粘于拋光氣囊帽表面;所述拋 光氣囊帽、氣囊骨架和高度調(diào)節(jié)板組成的密閉結(jié)構(gòu)，彈性材料密封于密閉結(jié)構(gòu)中；所述拋光 氣囊帽通過內(nèi)壁上的一圈梯形凸起與氣囊骨架外壁上的梯形凹陷緊固連接;氣囊骨架與所 述磨頭底座通過外螺紋實(shí)現(xiàn)緊固連接;所述磨頭底座與連接法蘭通過緊固螺栓緊固連接； 所述磨頭底座表面均布有螺紋通孔，頂絲通過螺紋通孔調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)板的高度，通過密閉 結(jié)構(gòu)中的彈性材料使拋光氣囊帽處于撐起狀態(tài)。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭主 要用于拋光光學(xué)元件，特別是指非球面偏離度大小超過〇. 5mm量級(jí)的超大偏離度非球面光 學(xué)元件，以及離軸非球面元件等自由曲面光學(xué)元件，去除非球面表面中頻誤差，控制低頻誤 差;所述類氣囊磨頭在進(jìn)行超過〇. 5mm量級(jí)的大偏離度非球面拋光時(shí)，拋光氣囊帽通過調(diào)節(jié) 自身壓入量，可以間接控制與非球面工件表面的接觸區(qū)域，同時(shí)通過海綿材料或者橡膠材 料的彈性變形保證拋光磨頭與非球面表面的實(shí)時(shí)完美匹配，提高非球面中頻誤差的拋光質(zhì) 量;本發(fā)明的拋光氣囊帽采用橡膠鑄造技術(shù)，保證使用的所有橡膠帽的形狀和特性一致;同 時(shí)，通過橡膠帽內(nèi)壁上的凸起與氣囊骨架相連接的方法保證磨頭在高速旋轉(zhuǎn)過程中，橡膠 帽不會(huì)意外脫落或損壞導(dǎo)致加工失敗，此方法也大大加強(qiáng)磨頭在制作過程中的簡易性、一 致性、穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0011] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中非球面方程特征曲線示意圖；
[0012] 圖2為現(xiàn)有Zeeko公司氣囊拋光磨頭示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明所述的用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明所述的用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊磨頭的立體示意圖；
[0015] 圖5中圖5a和圖5b分別為采用本發(fā)明所述的用于拋光超大偏離度非球面的類氣囊 磨頭進(jìn)行拋光前后效果對(duì)比圖。
[0016] 圖中：1、拋光模2、拋光氣囊帽，3、特殊彈性材料，4、氣囊骨架，5、高度調(diào)節(jié)板，6、 磨頭底座，7、緊固螺栓，8、頂絲，9、連接法蘭。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0017] 一、結(jié)合圖3至圖5說明本實(shí)施方式，用于拋光超大偏離度非球面的 類氣囊磨頭包括拋光模1、拋光氣囊帽2、彈性材料3、氣囊骨架4、高度調(diào)節(jié)板5、磨頭底座6、 緊固螺栓7、頂絲8和連接法蘭9;
[0018] 所述拋光模1膠粘于拋光氣囊表面2;所述彈性材料3為一種特殊材料，被拋光氣囊 帽2、氣囊骨架4和高度調(diào)節(jié)板5組成的密閉結(jié)構(gòu)密封于其中；所述拋光氣囊帽2通過內(nèi)壁上 的一圈梯形凸起與氣囊骨架4外壁上的梯形凹陷緊固連接;所述高度調(diào)節(jié)板5通過內(nèi)六角頂 絲調(diào)節(jié)其高度;所述磨頭底座6與氣囊骨架4通過外螺紋實(shí)現(xiàn)緊固連接;所述磨頭底座6與連 接法蘭9通過緊固螺栓7緊固連接。
[0019] 本實(shí)施方式中所述的拋光氣囊帽2由橡膠材料制成、并具有特定形狀，特定形狀是 指氣囊帽的表面設(shè)計(jì)形狀具有特定的曲率半徑和厚度，特定的曲率半徑是指拋光氣囊帽通 常具有R2〇、R40和R80-組系列曲率半徑，根據(jù)待拋光元件口徑大小進(jìn)行選擇;特定厚度有 效保證拋光氣囊帽2、氣囊骨架4和高度調(diào)節(jié)板5組成的密閉結(jié)構(gòu)內(nèi)的彈性材料3與氣囊帽表 面產(chǎn)生的彈性變化相一致，從而實(shí)現(xiàn)拋光過程中氣囊帽與非球面元件表面形狀的匹配;所 述高度調(diào)節(jié)板5的形狀為圓柱形或上表面具有特定的曲率半徑，該曲率半徑與拋光氣囊帽2 曲率半徑一致。
[0020] 本實(shí)施方式所述的彈性材料3是一種特殊的彈性