可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置

1.一种可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：包括抛光工具体(1)、用于磨削的磨盘(4)、柔性铰链磨头(5)以及可带动抛光工具体进行超声振动的超声波振动装置；该磨盘(4)可旋转地安装在该抛光工具体(1)上，其上设有若干孔(41)，所述的柔性铰链磨头(5)通过柔性铰链安装在该孔内；所述磨盘(4)中间设有一个所述的柔性铰链磨头(5)，在中间的柔性铰链磨头(5)外周放射性设有多个所述的柔性铰链磨头(5)，且位于磨盘(4)中间与周边的柔性铰链磨头具有不同的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的磨盘(4)通过轴承(2)安装在所述抛光工具体(1)的轴承孔内，并通过固定在该抛光工具体上的轴承端盖(9)定位该轴承(2)。
3.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的磨盘(4)通过一电机(13)带动旋转；所述的磨盘(4)上设有磨盘轴(6)，所述电机(13)的轴与该磨盘轴连接；所述的电机(13)固定在一支撑板(10)上，该支撑板则与所述的抛光工具体(1)连接。
4.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的磨盘(4)及柔性铰链磨头(5)的磨削面设置有抛光垫(22)。
5.根据权利要求4所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的抛光垫(22)通过热熔胶分别粘贴于所述磨盘(4)和柔性铰链磨头(5)上。
6.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的超声波振动装置包括压电陶瓷(14)、超声波发生器(15)、换能器(16)以及变幅杆(17)；该压电陶瓷(14)安装于抛光工具体(1)的一侧侧板上，与抛光工具体紧密贴着；该超声波发生器(15)通过信号线连接到换能器(16)上，换能器再与变幅杆(17)连接，最后变幅杆(17)通过信号线连接于压电陶瓷(14)上。
7.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：进一步设置有冷却液管(21)，该冷却液管的管口朝向磨盘(4)；所述磨盘(4)上方设置有环状的磨盘盖板(3)，该磨盘盖板与磨盘紧密配合。
8.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：进一步设置有连接结构，该连接结构为固定在所述抛光工具体(1)一侧侧板的连接板(19)，该侧板与连接板之间设置有缓冲片(18)。
9.根据权利要求1所述的可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，其特征在于：所述的柔性铰链磨头(5)根据实际情况设置有不同的数量、排列方式或者弹性模量。

可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种超声振动抛光小磨头，尤其是涉及一种可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置。\n背景技术\n[0002] 随着科技的发展与制造水平的提高，以及在国家重大光学工程任务和光电子产品需求增长的牵引下，高精度光学元件越来越广泛地应用于各个领域。特别是在大型的光学工程当中应用了大量的高精度光学元件，如：航天航空、强激光装置等，这些对光学元件的精度提出了更高的要求。\n[0003] 以往光学元件表面质量主要关注低频面形误差和高频表面粗糙度，对中频误差的关注并不多。然而，随着光学元件应用多样化以及精度要求的提高，人们逐渐认识到中频误差的危害。光学元件的中频误差会导致的光束高频调制和非线性增益，将造成光学元件的丝状破坏和降低光束的可聚焦功率，对新兴的X射线光学而言，中频误差产生的小角度散射会极大地降低光学系统的分辨率。因此强激光光学系统需要对光学元件的中频误差进行控制。\n[0004] 抛光是光学元件精密加工中的最后一道工序，因此抛光的精度对光学元件的最终的精度影响巨大，成为研究的重点。在众多的抛光方法中，计算机控制的小磨头抛光是应用最多的技术。传统的小磨头抛光既可以修正部分中频误差也可以修正低频误差，但是也会在抛光表面留下波纹状的残留而形成中频误差。超声振动加工可以有效改善表面质量，降低切削力，尤其适合硬脆性等难加工材料的加工。\n[0005] 中国专利申请CN1373698A公开一种采用超声振动的微抛光装置，通过抛光球头在超声振动下对工件表面抛光并使表面硬度增加。但是该装置仅用于提高产品表面粗糙度。\n中国专利申请CN103817563A公开一种超硬材料微结构表面的超声振动辅助抛光装置及其使用方法。其主要解决机械抛光效率低，加工表面质量不均以及微结构尖锐处易破坏的问题。但是其仅适用于微结构，并不是适用于光学元件加工。中国专利申请CN103551927A公开一种电泳辅助超声振动驱动磨粒运动抛光微孔的装置及加工方法。该前案虽然也属于超声振动抛光，但是需电泳辅助，机理不一样。\n[0006] 中国专利CN102873628A公开了一种用于数控小工具抛光的螺旋线加工路径，该专利通过改变加工路径来减小中频误差。CN103317424A公开了一种柔性抛光头，该前案通过改变抛光头的结构来去除中频误差。CN104175192A公开了一种多环形自适应抛光磨头，该前案通过改变抛光头的结构，使磨头表面与工件表面更匹配，以此减少中频误差。\n[0007] 综上，目前还未见利用超声振动抛光控制光学元件中频误差的装置及方法。\n发明内容\n[0008] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种可有效抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置。\n[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：\n[0010] 一种可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，包括抛光工具体、磨盘、柔性铰链磨头以及可带动抛光工具体进行超声振动的超声波振动装置；该磨盘可旋转地安装在该抛光工具体上，其上设有若干孔，所述的柔性铰链磨头通过柔性铰链安装在该孔内。\n[0011] 优选地，所述的磨盘通过轴承安装在所述抛光工具体的轴承孔内，并通过固定在该抛光工具体上的轴承端盖定位该轴承。\n[0012] 优选地，所述的磨盘通过一电机带动旋转。\n[0013] 优选地，所述的磨盘上设有磨盘轴，所述电机的轴与该磨盘轴连接。\n[0014] 优选地，所述的电机固定在一支撑板上，该支撑板则与所述的抛光工具体连接。\n[0015] 优选地，所述的磨盘及柔性铰链磨头的磨削面设置有抛光垫。\n[0016] 优选地，所述的抛光垫通过热熔胶分别粘贴于所述磨盘和柔性铰链磨头上。\n[0017] 优选地，所述的超声波振动装置包括压电陶瓷、超声波发生器、换能器以及变幅杆；该压电陶瓷安装于抛光工具体的一侧侧板上，与抛光工具体紧密贴着；该超声波发生器通过信号线连接到换能器上，换能器再与变幅杆连接，最后变幅杆通过信号线连接于压电陶瓷上。\n[0018] 优选地，进一步设置有冷却液管，该冷却液管的管口朝向磨盘；所述磨盘上方设置有环状的磨盘盖板，该磨盘盖板与磨盘紧密配合。\n[0019] 优选地，进一步设置有连接结构，该连接结构为固定在所述抛光工具体一侧侧板的连接板，该侧板与连接板之间设置有缓冲片。\n[0020] 优选地，所述的柔性铰链磨头根据实际情况设置有不同的数量、排列方式或者弹性模量。\n[0021] 优选地，所述磨盘中间设有一个所述的柔性铰链磨头，在中间的柔性铰链磨头外周放射性设有多个所述的柔性铰链磨头，且位于磨盘中间与周边的柔性铰链磨头具有不同的弹性模量。\n[0022] 采用上述方案后，与现有技术比较，本发明具有如下突出优点：\n[0023] 1)可抑制中频误差。传统的小磨头抛光容易引入波纹状的条纹，并产生中频误差，本发明的柔性铰链磨头在超声振动作用下作无规则移动，因此通过配合超声振动以及柔性铰链磨头的运动使得整体磨盘运动杂错无章，从而可有效去除中频误差。\n[0024] 2)抛光表面质量效果好。传统的小磨头抛光只是单纯的由电机旋转带动抛光垫去除材料，而本发明将超声振动引入其中，利用超声振动的优点获得更好的表面质量。\n[0025] 3)通用性好。该磨头装置只需改变连接板的结构，即可与包括机器人、机械手以及数控机床配合使用。\n[0026] 4)冷却效果好。本发明采用冷却液内置式，该方式使得冷却液可以更加有效地进入抛光区域内，达到更好的抛光效果。\n[0027] 总之，本发明通过超声振动以及柔性铰接磨头的联合设置，改变了运动原理，可以有效消除传统小磨头留下的波纹状条纹，有效地降低光学元件抛光的中频误差。\n附图说明\n[0028] 图1为本发明实施例的结构示意图；\n[0029] 图2为本发明实施例的抛光磨头结构示意图。\n具体实施方式\n[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。\n[0031] 本发明所揭示的是一种可抑制光学元件中频误差的超声振动抛光磨头装置，如图\n1及图2所示，为本发明的较佳实施例。所述的超声振动抛光磨头装置包括抛光工具体1、磨盘4、柔性铰链磨头5以及可带动抛光工具体1进行超声振动的超声波振动装置。其中：\n[0032] 所述的磨盘4可旋转地安装在所述抛光工具体1上，该磨盘4上设有若干孔41，所述的柔性铰链磨头5通过柔性铰链安装在该孔41内。优选地，该磨盘4可以通过轴承2安装在抛光工具体1的轴承孔内，并可通过固定在抛光工具体1上的轴承端盖9定位该轴承2，而该轴承端盖9可以通过端盖螺钉8固定于抛光工具体1上。\n[0033] 该磨盘4的旋转可以通过一电机13带动。具体地，该磨盘4上设有磨盘轴6，该磨盘轴6可以通过磨盘螺钉7连接于磨盘4中间位置，所述电机13的轴与磨盘轴6可以采用键连接，从而带动磨盘4旋转。所述电机13可以利用电机螺钉12固定在一支撑板10上，该支撑板\n10则与抛光工具体1用支撑螺钉11可靠连接。\n[0034] 进一步的，所述磨盘4及柔性铰链磨头5的磨削面设置有抛光垫22，该抛光垫22可以通过热熔胶分别粘贴于磨盘4和柔性铰链磨头5上。\n[0035] 所述的超声波振动装置用以带动抛光工具体1进行超声振动，进而带动磨盘4和柔性铰链磨头5振动。具体地，该超声波振动装置包括压电陶瓷14、超声波发生器15、换能器16以及变幅杆17；该压电陶瓷14安装于抛光工具体1的一侧侧板上，与抛光工具体1紧密贴着；\n该超声波发生器15通过信号线连接到换能器16上，换能器16再与变幅杆17连接，最后变幅杆17通过信号线连接于压电陶瓷14上。\n[0036] 使用时，可以通过连接结构将本发明所述的抛光磨头装置安装在机器人的末端执行器、机械手或者数控机床上。具体地，该连接结构可以为固定在抛光工具体1一侧侧板的连接板19。为尽量减小超声振动对机器人或者数控机床位置精度的影响，可以在抛光工具体1的侧板与连接板19之间设置缓冲片18，并通过连接螺钉20将抛光工具体1、缓冲片18和连接板19相连。\n[0037] 进一步设置有冷却液管21，该冷却液管21的管口朝向磨盘4，且该冷却液管21可以安装在所述支撑板10上。为了防止冷却液溢出降低冷却效果，可以在所述磨盘4上方设置有环状的磨盘盖板3，该磨盘盖板3与磨盘4紧密配合。\n[0038] 工作时，将连接板19固定于机器人末端执行器的法兰盘上，机器人将其运动到抛光位置。电机13开启带动磨盘4转动，冷却液开启，通过冷却液管21将冷却液输送到磨盘4内部，保证其冷却效果。超声波发生器15产生的超声信号通过信号线、换能器16和变幅杆17传至压电陶瓷14处，压电陶瓷14产生超声振动，进而带动抛光工具体1进行超声振动。粘贴在磨盘4和柔性铰链磨头5上的抛光垫22在进行旋转的同时还有超声振动，进而对光学元件进行抛光。同时，由于柔性铰链的弹性作用将使得柔性铰链磨头5在磨盘4各个的孔里不仅超声振动，而且有一定的随机位移。因此，在抛光过程中这些柔性铰链磨头5的运行轨迹将使得整体磨盘4运动杂错无章，研磨掉初始产生的波纹状条纹，最终降低小磨头的中频误差。\n[0039] 本发明可根据实际光学元件加工工序以及精度要求，更换不同的抛光垫22和柔性铰链磨头5。并且可根据实际情况改变柔性铰链磨头5的数量、排列方式或者弹性模量，也可改变其柔性铰链的物理性能，以改变其运动特性。同时配合改变超声波发生器15的信号频率以及抛光工具体1的运动轨迹，可更加合理地降低光学元件的中频误差。更为优选地，所述磨盘4中间设有一个所述的柔性铰链磨头5，在中间的柔性铰链磨头5外周放射性设有多个所述的柔性铰链磨头5，且位于磨盘4中间与周边的柔性铰链磨头5具有不同的弹性模量。\n[0040] 所述连接板19等连接结构可根据连接机器的类型改变其配合形式，可与工业机器人或者数控机床等设备联合控制超声振动小磨头的运动轨迹。\n[0041] 所述的超声波发生器15可根据实际的工艺要求产生不同的频率的超声信号，经过换能器16和变幅杆17使得压电陶瓷14产生不同频率的超声振动。并且可根据工艺要求改变压电陶瓷14在抛光工具体1上的位置，可产生不同方向的超声振动。\n[0042] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。