一种自适应抛光磨头

1.一种自适应抛光磨头，其特征在于，包括：
法兰基座（1）；
磨头基座（2），其位于所述法兰基座（1）的下方，且与所述法兰基座（1）同心装配；
磨头单元（3），其分布设置于所述磨头基座（2）的下表面；
其中，所述磨头单元（3），包括，
子基座（31），其一端与所述磨头基座（2）的下表面固定连接，且在所述子基座（31）内设置有贯通上下的腔体（311）；
子磨头（32），其具有连接部和抛光部，其中，所述连接部位于所述腔体（311）内，与所述腔体（311）的内壁间隙配合，且所述连接部的端部与所述磨头基座（2）的下表面弹性相接；
子基套（33），其套装于所述子基座（31）和所述子磨头（32）的外部，用于对所述子磨头（32）进行移动限位；
所述磨头基座（2）的下表面为弧面，且所述弧面的曲率半径与抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径相关；
所述磨头基座（2）的下表面曲率半径R1具体为：R1=R-H+2mm，其中，所述R为抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径，所述H为所述磨头单元（3）空载条件下的高度。
2.按照权利要求1所述自适应抛光磨头，其特征在于，所述子磨头（32）连接部的端部通过压簧（34）与所述磨头基座（2）的下表面弹性相接，所述压簧（34）位于所述子基座（31）的腔体（311）内，其一端与所述子磨头（32）连接部相抵，另一端与所述磨头基座（2）的下表面相抵。
3.按照权利要求2所述自适应抛光磨头，其特征在于：所述子磨头（32）连接部的端面设置有盲孔（3211），所述压簧（34）与所述子磨头（32）连接部相抵的一端位于所述盲孔（3211）内。
4.按照权利要求1所述自适应抛光磨头，其特征在于，所述子磨头（32）包括：
活塞（321），其上设置有限位块（3212）与所述子基套（33）配合；
抛光模基底（322），其上表面与所述活塞（321）的端部固定连接；
抛光模（323），其固定设置于所述抛光模基底（322）的下表面。
5.按照权利要求4所述自适应抛光磨头，其特征在于：所述抛光模（323）的材料为聚氨酯或沥青。
6.按照权利要求1所述自适应抛光磨头，其特征在于：所述磨头单元（3）在所述磨头基座（2）的下表面呈多环同心状或者正交矩阵状分布。
7.按照权利要求1所述自适应抛光磨头，其特征在于：所述磨头单元（3）的数量为3 100~
个。

一种自适应抛光磨头\n技术领域\n[0001] 本发明涉及光学冷加工技术领域，特别提供了一种自适应抛光磨头，尤其适用于非球面光学零件的加工。\n背景技术\n[0002] 非球面光学零件可显著简化系统、改善像质、减小系统的外尺寸及重量，因此，随着科学技术的不断发展，非球面光学零件的制造需求显著增加，尤其在光刻物镜光学系统中，高精度非球面光学零件的数量占总光学零件数量的50%以上。由于非球面具有唯一光轴，同时非球面上各点曲率半径存在明显差异，因此普通球面抛光工艺无法解决非球面预抛光加工问题，目前多采用小磨头抛光工艺进行非球面预抛光。然而，小磨头预抛光非球面残留中频误差较大，在对非球面中频误差要求极严格的情况下难以获得满足系统要求的非球面加工结果，例如在高NA光刻物镜光学系统中，高精度非球面光学零件通常具有偏离度大于1mm、梯度大于3°等特征，非球面中频指标需优于0.5nmRMS，显著增加了制造难度，普通小磨头预抛光难以满足上述加工需求。\n[0003] 申请号为201310034268.2的中国专利公开了一项名为“一种双柔性自适应抛光磨头”的技术方案，该方案所述的抛光磨头采用柔性层作为抛光模与非球面贴合的变形层，实现了一种非球面柔性自适应抛光磨头。该方案的局限在于柔性层伸缩量较小，在抛光偏离量较大的非球面时存在伸缩量不足的问题。\n[0004] 因此，如何解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。\n发明内容\n[0005] 鉴于此，本发明的目的在于提供一种自适应抛光磨头，以至少解决现有非球面抛光技术中存在的抛光磨头与抛光加工面的贴合度低，合盘效果差，影响抛光质量等问题。\n[0006] 本发明提供的技术方案，具体为，一种自适应抛光磨头，其特征在于，包括：\n[0007] 法兰基座1；\n[0008] 磨头基座2，其位于所述法兰基座1的下方，且与所述法兰基座1同心装配；\n[0009] 磨头单元3，其分布设置于所述磨头基座2的下表面；\n[0010] 其中，所述磨头单元3，包括，\n[0011] 子基座31，其一端与所述磨头基座2的下表面固定连接，且在所述子基座31内设置有贯通上下的腔体311；\n[0012] 子磨头32，其具有连接部和抛光部，其中，所述连接部位于所述腔体311内，与所述腔体311的内壁间隙配合，且所述连接部的端部与所述磨头基座2的下表面弹性相接；\n[0013] 子基套33，其套装于所述子基座31和所述子磨头32的外部，用于对所述子磨头32进行移动限位。\n[0014] 优选，所述磨头基座2的下表面为弧面，且所述弧面的曲率半径与抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径相关。\n[0015] 进一步优选，所述磨头基座2的下表面曲率半径R1具体为：R1=R-H+2 mm；\n[0016] 其中，所述R为抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径，所述H为所述磨头单元3空载条件下的高度。\n[0017] 进一步优选，所述子磨头32连接部的端部通过压簧34与所述磨头基座2的下表面弹性相接，所述压簧34位于所述子基座31的腔体311内，其一端与所述子磨头32连接部相抵，另一端与所述磨头基座2的下表面相抵。\n[0018] 进一步优选，所述子磨头32连接部的端面设置有盲孔3211，所述压簧34与所述子磨头32连接部相抵的一端位于所述盲孔3211内。\n[0019] 进一步优选，所述子磨头32包括：\n[0020] 活塞321，其上设置有限位块3212与所述子基套33配合；\n[0021] 抛光模基底322，其上表面与所述活塞321的端部固定连接；\n[0022] 抛光模323，其固定设置于所述抛光模基底322的下表面。\n[0023] 进一步优选，所述抛光模323的材料为聚氨酯或沥青。\n[0024] 进一步优选，所述磨头单元3在所述磨头基座2的下表面呈多环同心状或者正交矩阵状分布。\n[0025] 进一步优选，所述磨头单元3的数量为3 100个。\n~\n[0026] 本发明提供的自适应抛光磨头，进行抛光工作时，各磨头单元中的子磨头抛光部会被压到抛光加工面中，此时，各子磨头便会依据抛光加工面，与磨头基座下表面之间进行弹性伸缩，相对子基座进行自适应性移动，提高分布设置于磨头基座下表面的磨头单元整体与抛光加工面的贴合度，改善抛光效果，使其适用于非球面的抛光加工，实现高效面形加工。\n[0027] 本发明提供的自适应抛光磨头，能够有效提高磨头整体与非球面抛光加工面的贴合度，可适合大偏离度非球面的预抛光加工，具有加工精度高、结构简单，设计合理等优点。\n附图说明\n[0028] 图1为自适应抛光磨头的结构示意图；\n[0029] 图2为磨头单元的结构示意图；\n[0030] 图3为磨头单元多环同心状分布示意图；\n[0031] 图4为磨头单元正交矩阵状分布示意图。\n具体实施方式\n[0032] 下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。\n[0033] 为了解决现有非球面抛光技术中存在的抛光磨头与抛光加工面的贴合度低，合盘效果差，影响抛光质量等问题，本实施方案提供了一种自适应抛光磨头，其适应性强、与抛光加工面的贴合度高，具体结构，可参见图1，包括：法兰基座1，在法兰基座1的下方通过紧固螺丝同心装配有磨头基座2，在磨头基座2的下表面分布设置有磨头单元3，其中，所述磨头单元3，参见图1、图2，包括，子基座31、子磨头32和子基套33，子基座31的一端与磨头基座\n2的下表面固定连接，且在子基座31的内部设置有贯通上下的腔体311；子磨头32，其具有连接部和抛光部，其中，连接部位于腔体311内，与腔体311的内壁间隙配合，且子磨头32连接部与磨头基座2的下表面弹性相接，使子磨头32通过与磨头基座2之间的弹性伸缩，完成子磨头32沿着子基座31的腔体311进行移动，以适应不同的抛光加工曲面，在子基座31和子磨头32的外部套装有子基套33，该子基套33可对子磨头32进行移动限位，限制子磨头32的移动行程。\n[0034] 该自适应抛光磨头的抛光加工过程为，将抛光加工面放置于磨头的下方，各磨头单元中子磨头的抛光部均直接与抛光加工面相接，此时，各子磨头会根据抛光加工面通过与磨头基座下表面之间的弹性相接，完成弹性伸缩，相对子基座进行自适应位移，实现各个子磨头抛光部均与抛光加工面完全贴合，提高合盘效果，改善抛光质量。\n[0035] 作为技术方案的改进，参见图1，所述磨头基座2的下表面为弧面，且所述弧面的曲率半径与抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径相关，优选，所述磨头基座2的下表面曲率半径R1具体为：R1=R-H+2mm；\n[0036] 其中，所述R为抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径，所述H为所述磨头单元3空载条件下的高度。\n[0037] 其中，最佳拟合球面的曲率半径为：基于抛光加工面的非球面方程，利用最小二乘法确定一个球面曲率半径R，使该球面与非球面在空间上各对应点之间偏差的方差最小，此时R即为最佳拟合球的曲率半径；磨头单元3空载条件下的高度是指：在空载状态下，由子基座与磨头基座下表面连接端到子磨头抛光部端部的距离。\n[0038] 作为技术方案的进一步改进，参见图1、图2，所述子磨头32连接部的端部通过压簧\n34与所述磨头基座2的下表面弹性相接，所述压簧34位于所述子基座31的腔体311内，其一端与所述子磨头32连接部相抵，另一端与所述磨头基座2的下表面相抵，本方案中通过该压簧来实现子磨头32连接部与磨头基座2下表面之间的弹性相接，能够有效提高子磨头在进行抛光工作时相对子基座弹性移动的伸缩量，使本方案中的磨头尤其适用于大偏离度非球面的预抛光加工。\n[0039] 为了提高压簧34与子磨头32连接部之间的配合稳定度，优选，参见图2，在子磨头\n32连接部的端面设置有盲孔3211，所述压簧34与所述子磨头32连接部相抵的一端位于所述盲孔3211内。\n[0040] 作为技术方案的改进，参见图2，所述子磨头32包括：活塞321，其上设置有限位块\n3212与所述子基套33配合，即当活塞移动到其上限位块与子基套的底面接触时，活塞已达到最大的位移值，不可以继续向外运动，在活塞321的下端固定连接有抛光模基底322，在抛光模基底322的下表面固定设置有抛光模323，由抛光模323直接与抛光加工面相接，其中，抛光模323的材料可选用聚氨酯或沥青，使用聚氨酯材料可获得较高的材料去除效率，在非球面铣磨工序后使用，作为预抛光第一道工序，使用沥青材料可获得较高的表面质量，作为预抛光第二道工序使用，抛光模323使用前需要修正抛光模形状当抛光模为聚氨酯材料时，可使用电镀金刚石磨轮修形，当抛光模材料为沥青时，可使用热风枪将沥青软化，然后压入待加工非球面表面成形。\n[0041] 作为技术方案的改进，参见图3、图4，所述磨头单元3在所述磨头基座2的下表面呈多环同心状或者正交矩阵状分布。\n[0042] 子磨头单元3的数量取决于所加工非球面偏离度及梯度值的大小，偏离度和梯度值越大时，子磨头单元的数量越多，通常子磨头单元的数量为3 100个。\n~\n[0043] 上述的实施方案着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。\n[0044] 下面以具体的实施例对本发明进行进一步说明。\n[0045] 实施例1\n[0046] 参见图1为一种自适应抛光磨头，包括使用紧固螺栓同心装配的法兰基座1和磨头基座2，所述法兰基座由不锈钢材料加工而成，磨头基座由硬铝材料加工而成，在磨头基座2的下表面分布设置有磨头单元3，同时磨头基座2的下表面为弧面，且对应的曲率半径R1=R-H+2mm，其中，R为抛光加工面的最佳拟合球面曲率半径，H为所述磨头单元3空载条件下的高度，本实施例中H具体为子基座与磨头基座连接端到抛光模的距离。\n[0047] 参见图2，该磨头单元3包括：子基座31、基座套33，压簧34、活塞321，抛光模基底\n322和抛光模323，其中，活塞321上的限位块3212一直延伸到其与子基座31弹性相接的端部，并在该端部的端面设置有盲孔3211，该活塞321整体形成一端口径大，一端口径小的柱体，该磨头单元的具体装配过程为，首先将活塞321口径较小的一端装入基座套33中，同时将抛光模323粘结到抛光模基底322上，然后将抛光模基底322粘结到活塞321口径较小的端面上，将压簧34放入活塞321的盲孔3211中，再将子基座31的一端粘接到磨头基座2的下表面上，最后基座套33通过螺纹配合套装到子基座31上，使活塞321口径大的一端位于子基座\n31的腔体311内，且压簧33与磨头基座2的下表面相抵，完成磨头单元的装配。\n[0048] 上述磨头单元中，活塞321与子基座31内腔311的内壁之间采用间隙配合，因此活塞321、抛光模基底322和抛光模323在使用中可发生自适应弹性移动，通过磨头单元的弹性伸缩，可提高磨头整体与非球面的贴合度，实现对非球面的高效面形加工，磨头单元中除了压簧采用标准件外，其他机械部件可采用硬铝材料加工。\n[0049] 其中，所述活塞321的行程可设定为5 8mm，使用中可预先压入2mm，剩余3 6mm作为~ ~\n弹性行程。