專利名稱：微型非球面元件研磨及拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于光學元件的研磨裝置，特別是涉及一種微型非球面光學元件
的研磨及拋光裝置。
背景技術：
半導體激光的光束整形等領域所使用的非球面光學元件的尺寸和焦距都必須很 小。目前，非球面光學元件的制造方法主要依賴數(shù)控精密機床加工和熱壓成型等方法，現(xiàn)有 的這種加工技術成本非常高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術制造微型非球面光學元件成本高的問題，本發(fā)明提供了一種微 型非球面元件研磨及拋光裝置，能夠以較低的成本制造非球面元件。
本發(fā)明的技術方案如下 微型非球面元件研磨及拋光裝置，包括主電機和主電機驅(qū)動的若干凸輪，還包括 磨盤架和磨盤架上設置的磨盤，還包括夾持非球面元件的夾具頭，在工作狀態(tài)下，所述磨盤 接觸并研磨或拋光夾具頭上夾持的非球面元件；所述凸輪支撐磨盤架，磨盤架隨著凸輪的 轉(zhuǎn)動發(fā)生擺動，使得磨盤對非球面元件表面形成切向研磨或拋光。 所述凸輪通過支撐架支撐磨盤架，且支撐架上設置有調(diào)節(jié)機構能夠在一定范圍內(nèi) 調(diào)整凸輪與磨盤架之間的距離和/或支撐架與磨盤架接觸的位置。 所述凸輪為凸輪組合，即由若干共軸旋轉(zhuǎn)的單個凸輪組合成通過一個支撐架支撐 磨盤架的凸輪。 所述組合凸輪的數(shù)量為2。
本發(fā)明的技術效果是 本發(fā)明微型非球面元件研磨及拋光裝置利用凸輪運動帶動磨盤擺動，使得磨盤能
夠?qū)Ψ乔蛎嬖砻嫘纬汕邢蜓心ィY構簡單，成本低廉?？梢愿鶕?jù)非球面元件的曲面方程
設置凸輪的外輪廓，以使磨盤始終能夠?qū)Ψ乔蛎嬖砻嫘纬汕邢蜓心ァ?設置支撐架連接凸輪和磨盤架，即凸輪通過支撐架推動磨盤架及磨盤擺動，同時
支撐架上設置調(diào)節(jié)機構，該調(diào)節(jié)機構能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)整凸輪與磨盤架之間的距離和/
或支撐架與磨盤架接觸的位置，這種調(diào)整一方面可以適應研磨不同曲面的非球面元件，另
一方面也可以補償凸輪等結構由于磨損造成的偏差，以保持微型非球面元件研磨及拋光裝
置的精度。 將本發(fā)明裝置的凸輪設置成凸輪組合，可以形成復雜的組合凸輪輪廓，成本低；另 一方面可以調(diào)整單個凸輪之間的相位角，從而改變凸輪輪廓，能夠加工外形類似，又具有不 同參數(shù)(如焦距)的非球面元件。 兩個凸輪組合對磨盤架形成支撐，可以在180°的范圍內(nèi)研磨加工非球面元件，能 夠滿足大多數(shù)非球面元件的加工要求。


圖1微型非球面元件研磨及拋光裝置結構示意圖， 圖2支撐架局部結構示意圖， 圖3圖2的俯視結構圖， 圖4磨盤架支桿與磨盤架裝配后結構圖， 圖5圖1中磨盤架俯視圖， 圖6凸輪組合結構示意圖， 圖7圖6凸輪組合的右視圖。 對上述各圖中標識進行說明如下 l-懸臂，2-夾具轉(zhuǎn)軸，3-夾具電機，4-升降筒，5-調(diào)節(jié)齒輪，6-夾具頭，7-定位銷，8_磨盤架支桿，81-導向桿，82-升降螺桿，9-調(diào)節(jié)螺母，10-機座架，11-轉(zhuǎn)軸，12-凸輪組合，13-主電機，14-頂桿，15-彈簧，16-彈簧座套，17-寬度調(diào)節(jié)桿，18-磨盤架，19-滑槽，20-磨盤電機，21-磨盤。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。 圖1顯示了本發(fā)明微型非球面元件研磨及拋光裝置的結構，包括機座架(10)和設置于機座架(10)上的懸臂(1)。懸臂(1)上設置可上下移動的夾具頭(6)，夾具頭(6)用于夾持待加工的非球面元件，夾具頭(6)與夾具轉(zhuǎn)軸(2)連接，在夾具電機(3)的驅(qū)動下夾具轉(zhuǎn)軸(2)旋轉(zhuǎn)，從而帶動夾具頭(6)旋轉(zhuǎn)。夾具轉(zhuǎn)軸(2)設置在升降筒(4)內(nèi)，升降筒(4)外設置齒條與調(diào)節(jié)齒輪(5)嚙合，調(diào)節(jié)齒輪(5)轉(zhuǎn)動能夠使得夾具頭(6)在垂直方向進行上下移動。調(diào)節(jié)機座架(10)內(nèi)設置主電機(13)及傳輸主電機(13)動力的轉(zhuǎn)軸(11)。轉(zhuǎn)軸(11)上設置兩個凸輪組合(12)(在本發(fā)明中凸輪組合實質(zhì)上起到凸輪的作用，具體的結構和效果在后面詳述)，兩個凸輪組合(12)之間具有一定的間隔距離。與每一個凸輪組合(12)配合的支撐架支撐磨盤架(18)，磨盤架(18)上設置磨盤電機(20)和由磨盤電機(20)驅(qū)動的磨盤(21)。 對圖1所示本發(fā)明微型非球面元件研磨及拋光裝置的工作過程進行簡要說明。夾具頭(6)將要加工打磨的光學件毛坯固定住，夾具頭(6)在垂直方向移動到適當?shù)奈恢?保證磨盤(21)能夠研磨或拋光光學件毛坯的位置)，主電機(13)轉(zhuǎn)動從而帶動凸輪組合(12)轉(zhuǎn)動，進而使得磨盤架(18)擺動，磨盤架(18)擺動到適當位置(保證磨盤(21)能夠切向研磨或拋光光學件毛坯的位置)后即開始研磨或拋光過程，如果要研磨或拋光的是具有一個對稱軸的旋轉(zhuǎn)非球面元件，則啟動夾具電機(3)，使得夾具頭(6)旋轉(zhuǎn)；如果要研磨或拋光的是具有一個對稱平面的非圓柱面元件，則不啟動夾具電機(3)，夾具頭(6)不旋轉(zhuǎn)。更換磨盤(21)和磨料，可實施粗磨、細磨、精磨和拋光等工序。 以下結合附圖對本發(fā)明微型非球面元件研磨及拋光裝置中關鍵部件進行說明。
凸輪組合(12)直接與磨盤架(18)接觸的情況較少使用，一般情況下，凸輪組合(12)都是通過支撐架對磨盤架(18)進行支撐。從圖1中可見，支撐架包括順序連接的頂桿(14)、寬度調(diào)節(jié)桿(17)和磨盤架支桿(8)。頂桿(14)與凸輪組合(12)接觸，頂桿(14)隨著凸輪組合(12)的轉(zhuǎn)動進行上下運動。頂桿(14)上還設置有彈簧座套(16)和與之配合的彈簧(15)，彈簧(15)的彈力使得頂桿(14)能夠始終與凸輪組合(12)緊密接觸，以保證頂桿(14)始終隨著凸輪組合(12)的輪廓進行移動，避免由于慣性等因素造成頂桿(14)的運動與凸輪組合(12)的輪廓所形成的理論運動產(chǎn)生偏差，從而導致磨盤架(18)運動發(fā)生偏差。 寬度調(diào)節(jié)桿(17)的作用是調(diào)節(jié)磨盤架支桿(8)和頂桿(14)之間的距離，結合圖2和圖3能夠清晰地看到寬度調(diào)節(jié)桿(17)結構。寬度調(diào)節(jié)桿(17) —端為具有調(diào)節(jié)螺紋的螺桿，該螺桿與頂桿(14)上設置的螺母配合以使寬度調(diào)節(jié)桿(17)在圖1的水平方向上移動。寬度調(diào)節(jié)桿(17)的另一端設置有調(diào)節(jié)螺母(9)，調(diào)節(jié)螺母(9)與磨盤架支桿(8)上的升降螺桿(82)配合，以使升降螺桿(82)(即磨盤架支桿(8))在圖1的垂直方向移動。從圖3所示角度看，寬度調(diào)節(jié)桿(17)的一端(設置有調(diào)節(jié)螺母(9)的一端)具有類似鑰匙柄的形狀，除中間穿過的升降螺桿(82)夕卜，還有兩個穿過的導向桿(81)，導向桿(81)的作用是使磨盤架(18)的運動更穩(wěn)定。 圖4從另一個角度顯示了磨盤架支桿(8)的結構，及磨盤架支桿(8)與磨盤架(18)的裝配狀態(tài)。磨盤架支桿(8)的下方為平行的兩個導向桿(81)和升降螺桿(S2)，磨盤架支桿(8)的上方為U型結構，U型口內(nèi)兩側設置有定位銷(7)，兩個定位銷(7)在磨盤架(18)上的滑槽(19)內(nèi)滑動?？梢钥闯觯瑢挾日{(diào)節(jié)桿(17)調(diào)節(jié)磨盤架支桿(8)和頂桿(14)之間的距離是通過推動磨盤架支桿(8)在磨盤架(18)上的滑槽(19)內(nèi)滑動實現(xiàn)的。
結合圖l和圖5可以得到磨盤架(18)的結構，磨盤架(18)中心孔處的電機軸把磨盤架(18)上方的磨盤(21)和下方的磨盤電機(20)連接，磨盤電機(20)帶動磨盤(21)在圓形凹槽內(nèi)平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。磨盤架(18)兩側面的四個"凹"字形的滑槽(19)內(nèi)，定位銷(7)可在滑槽(19)內(nèi)滑動。 結合圖6和圖7說明本發(fā)明的凸輪組合(12)的結構，凸輪組合(12)由兩個共軸旋轉(zhuǎn)的單個凸輪組合而成，如圖7所示。 一個凸輪組合(12)通過一個支撐架支撐磨盤架，即圖1中具有左右兩個凸輪組合(12)，每一個凸輪組合(12)支撐一個頂桿(14)。凸輪組合(12)或所述單個凸輪的輪廓根據(jù)要加工的非球面元件的表面形狀確定，由于加工非球面元件時要求磨盤(21)對非球面元件進行切向研磨，因此在已知非球面元件加工表面方程的情況下可以推導出磨盤架(18)的運動軌跡，從而可以確定凸輪組合(12)或所述單個凸輪的輪廓的曲線方程。從圖6中可見，兩個所述單個凸輪的相位差為e ，可在分度頭上進行精確調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)兩個所述單個凸輪相位差9可以從整體上調(diào)整凸輪組合(12)的輪廓曲線，這樣可以通過一對所述單個凸輪組合得到外形類似、具有不同參數(shù)的非球面光學元件(如焦距不同)。另外，從凸輪輪廓設計和加工來說，凸輪組合的成本更低。
本發(fā)明中寬度調(diào)節(jié)桿(17)能夠調(diào)節(jié)磨盤架支桿(8)和頂桿(14)之間的距離，磨盤架支桿(8)能夠在垂直方向上移動，給予了磨盤架(18)非常靈活的調(diào)整范圍，這種調(diào)整除了能應對多種參數(shù)的非球面元件，還可以在本發(fā)明的裝置出現(xiàn)磨損誤差時進行補償，如凸輪組合(12)工作一定時間后出現(xiàn)的磨損，可以通過這種調(diào)整進行補償。
權利要求
微型非球面元件研磨及拋光裝置，其特征在于包括主電機和主電機驅(qū)動的若干凸輪，還包括磨盤架和磨盤架上設置的磨盤，還包括夾持非球面元件的夾具頭，在工作狀態(tài)下，所述磨盤接觸并研磨或拋光夾具頭上夾持的非球面元件；所述凸輪支撐磨盤架，磨盤架隨著凸輪的轉(zhuǎn)動發(fā)生擺動，使得磨盤對非球面元件表面形成切向研磨或拋光。
2. 根據(jù)權利要求1所述微型非球面元件研磨及拋光裝置，其特征在于所述凸輪通過支 撐架支撐磨盤架，且支撐架上設置有調(diào)節(jié)機構能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)整凸輪與磨盤架之間的 距離和/或支撐架與磨盤架接觸的位置。
3. 根據(jù)權利要求2所述微型非球面元件研磨及拋光裝置，其特征在于所述凸輪為凸輪 組合，即由若干共軸旋轉(zhuǎn)的單個凸輪組合成通過一個支撐架支撐磨盤架的凸輪。
4. 根據(jù)權利要求3所述微型非球面元件研磨及拋光裝置，其特征在于所述組合凸輪的 數(shù)量為2。
全文摘要
為了解決現(xiàn)有技術制造微型非球面光學元件成本高的問題，本發(fā)明提供了一種微型非球面元件研磨及拋光裝置，包括主電機和主電機驅(qū)動的若干凸輪，還包括磨盤架和磨盤架上設置的磨盤，還包括夾持非球面元件的夾具頭，在工作狀態(tài)下，所述磨盤接觸并研磨或拋光夾具頭上夾持的非球面元件；所述凸輪支撐磨盤架，磨盤架隨著凸輪的轉(zhuǎn)動發(fā)生擺動，使得磨盤對非球面元件表面形成切向研磨或拋光。本發(fā)明結構簡單、加工光學元件工藝簡單、易操作、生產(chǎn)成本低，所磨的非球面光學元件參數(shù)可調(diào)控，如偏心率和焦距等。
文檔編號B24B37/00GK101774146SQ201010105800
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2010年2月4日
發(fā)明者戴特力, 梁一平, 范嗣強 申請人:重慶師范大學