專利名稱：電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到光學(xué)精密機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用非接觸電磁力控制變形的主動(dòng)應(yīng)力盤。
背景技術(shù)：
非球面鏡在現(xiàn)在光學(xué)系統(tǒng)中占有越來(lái)越重要的地位，然而非球面鏡的加工一直難以解決，傳統(tǒng)的環(huán)拋技術(shù)根本無(wú)法加工，小工具拋光效率低，且極易引入中高頻成分，影響光學(xué)成像質(zhì)量。為了解決這一難題，美國(guó)Arizona大學(xué)Steward天文臺(tái)大鏡實(shí)驗(yàn)室首先利用應(yīng)力盤拋光技術(shù)完成了一批大非球面鏡的加工，國(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所等單位也先后進(jìn)行了應(yīng)力盤拋光技術(shù)的研究。無(wú)一例外的是，上述單位的應(yīng)力盤均采用伺服電機(jī)拉拽盤面變形的方式，控制復(fù)雜，成本高，而且必須使用滑環(huán)解決應(yīng)力盤自轉(zhuǎn)時(shí)繞線的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于控制、控制精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、不需設(shè)置滑環(huán)就能解決繞線問(wèn)題的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，包括轉(zhuǎn)軸以及與轉(zhuǎn)軸固接的底盤，所述轉(zhuǎn)軸和底盤之間設(shè)有通過(guò)非接觸電磁力改變底盤形狀的面形調(diào)節(jié)裝置。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)
所述面形調(diào)節(jié)裝置包括多個(gè)電磁鐵和多個(gè)吸板，所述多個(gè)電磁鐵繞轉(zhuǎn)軸周向均勻布置，且固定設(shè)置；所述多個(gè)吸板沿所述底盤的周邊均勻布置，且固定于底盤上。所述電磁鐵的數(shù)量與吸板的數(shù)量一致且均設(shè)有十二個(gè)以上。所述轉(zhuǎn)軸外通過(guò)軸承套接有一個(gè)多邊形固定柱，所述多邊形固定柱的邊數(shù)與電磁鐵的數(shù)量一致，且多邊形固定柱的各邊分別裝設(shè)一個(gè)電磁鐵。所述底盤包括底盤主體和鋪設(shè)于底盤主體下表面的拋光膠。所述拋光膠呈環(huán)形或多邊形。所述拋光膠的加工面上設(shè)有縱橫交錯(cuò)布置的槽。所述面形調(diào)節(jié)裝置還包括根據(jù)所述底盤的實(shí)時(shí)形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)的面形控制組件。所述面形控制組件包括控制器、數(shù)據(jù)采集卡、電磁鐵驅(qū)動(dòng)器、直流電源、傳感器前置處理器和多個(gè)位移傳感器，所述多個(gè)位移傳感器分設(shè)于多邊形固定柱的各邊或各電磁鐵的頂部并檢測(cè)吸板的位移，所述傳感器前置處理器與位移傳感器相連采集位移信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將位移信號(hào)傳送給控制器，所述控制器根據(jù)位移信號(hào)調(diào)整電磁鐵驅(qū)動(dòng)器的PWM信號(hào)占空比，所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)器根據(jù)PWM信號(hào)占空比的變化調(diào)整電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電流。所述位移傳感器靠近吸板遠(yuǎn)離底盤的一端。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤可在機(jī)床主軸的帶動(dòng)下做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、平轉(zhuǎn)動(dòng)和行星運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)，面型調(diào)節(jié)裝置通過(guò)非接觸電磁力改變底盤的形狀，相比于傳統(tǒng)采用伺服電機(jī)拉拽變形的方式，不需設(shè)置滑環(huán)就能解決繞線問(wèn)題，降低了成本，其采用電磁力控制具有易于控制、控制精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中電磁鐵、吸板和位移傳感器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中A— A剖視放大結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明中電磁鐵、吸板和位移傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明中多邊形固定柱的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中環(huán)形拋光膠的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明中多邊形拋光膠的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明中底盤的變形示意圖。圖10為本發(fā)明中控制組件的原理圖。圖例說(shuō)明
I、轉(zhuǎn)軸；11、軸承；12、多邊形固定柱；121、減重孔；122、擋肩；13、連接板；14、鎖緊螺母；15、軸肩；16、上蓋板；17、下蓋板；2、底盤；21、底盤主體；22、拋光膠；221、槽；3、控制組件；31、控制器；32、數(shù)據(jù)采集卡；33、電磁鐵驅(qū)動(dòng)器；34、直流電源；35、傳感器前置處理器；36、實(shí)時(shí)控制軟件；37、位移傳感器；4、電磁鐵；5、吸板。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I至圖10示出了本發(fā)明電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤的一種實(shí)施例，包括轉(zhuǎn)軸I和圓盤狀的底盤2，底盤2中心設(shè)有一段伸出軸，伸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸I的底端相連，轉(zhuǎn)軸I的頂端設(shè)有用于連接機(jī)床主軸的聯(lián)軸器，在轉(zhuǎn)軸I和底盤2之間設(shè)有通過(guò)非接觸電磁力改變底盤2形狀的面形調(diào)節(jié)裝置，該面形調(diào)節(jié)裝置包括多個(gè)電磁鐵4和多個(gè)吸板5，多個(gè)電磁鐵4繞轉(zhuǎn)軸I周向均勻布置，且固定設(shè)置；多個(gè)吸板5沿所述底盤2的周邊均勻布置，且固定于底盤2上。改變各電磁鐵4的驅(qū)動(dòng)電流大小可改變對(duì)吸板5吸引力的大小，進(jìn)而可改變底盤2的變形量。該應(yīng)力盤可在機(jī)床主軸的帶動(dòng)下，做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、平轉(zhuǎn)動(dòng)和行星運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)，而電磁鐵4固定不動(dòng)，不需要設(shè)置滑環(huán)就能解決繞線問(wèn)題，降低了成本，其采用電磁力控制的方式還具有易于控制、控制精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。該應(yīng)力盤可適應(yīng)非球面鏡孔徑的離焦、像散、慧差等低階像差，適應(yīng)性強(qiáng)。本實(shí)施例中，電磁鐵4和吸板5均設(shè)有十二個(gè)，十二個(gè)吸板5均勻間隔連接于底盤2的周沿(具體實(shí)施時(shí)，沿底盤2的圓周邊沿設(shè)有多個(gè)均勻間隔布置的螺紋孔，三個(gè)螺紋孔為一組，每個(gè)吸板5通過(guò)螺釘與一組螺紋孔固接)，轉(zhuǎn)軸I上通過(guò)一對(duì)軸承11套設(shè)有一個(gè)多邊形固定柱12，由于應(yīng)力盤在加工中需要承受較大的軸向載荷，因此軸承11采用角接觸軸承，為了防止受熱卡死，兩個(gè)軸承11采用兩端固定的背靠背安裝方式，如圖3所示，兩個(gè)軸承11內(nèi)圈通過(guò)鎖緊螺母14和轉(zhuǎn)軸I上的軸肩15固定，外圈通過(guò)多邊形固定柱12上設(shè)置的擋肩122定位，設(shè)置上蓋板16和下蓋板17進(jìn)行固定，同時(shí)上蓋板16和下蓋板17還具有隔離灰塵的作用。此外，多邊形固定柱12上還設(shè)有多個(gè)減重孔121。本實(shí)施例的多邊形固定柱12為十二邊形柱，各電磁鐵4的外殼通過(guò)連接板13與多邊形固定柱12的一個(gè)邊相連并與多邊形固定柱12同步轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁鐵4、連接板13和多邊形固定柱12三者采用螺釘緊固連接，電磁鐵4與吸板5之間留有一定的氣隙，兩者相對(duì)的端面均為圓柱狀，并且與底盤2同心，在安裝時(shí)，通過(guò)連接板13上設(shè)置的腰形孔來(lái)調(diào)節(jié)氣隙值，該氣隙值的大小根據(jù)電磁鐵4吸力大小來(lái)選擇，一般可控制在Imm左右。在具體應(yīng)用中，電磁鐵4和吸板5的數(shù)量也可為其它值，具體數(shù)量根據(jù)底盤2直徑的大小確定，底盤2的直徑越大，可安裝的電磁鐵4和吸板5數(shù)量越多，控制精度也越高。一般而言，底盤2的有效直徑為待加工非球面鏡口徑的1/5 1/2。如圖9所示，當(dāng)吸板5受到70KPa的壓力時(shí)，如果底盤2為直徑250mm、厚度6mm的鋁盤，則其變形約為O. 00307m。本實(shí)施例中，底盤2包括底盤主體21和鋪設(shè)于底盤主體21下表面的拋光膠22， 底盤主體21為鋁制件，其呈圓盤狀，并具有較大的直徑，其加工效率高。拋光膠22的形狀為待加工非球面的最近接球面，可最大程度保證底盤2和鏡面面形的貼合，底盤主體21的形狀也為待加工非球面的最近接球面，這樣可保證每一處的拋光膠22厚度均相等。拋光膠22根據(jù)加工要求合理選取，在細(xì)磨階段可以用金剛石丸片、硬質(zhì)砂帶等，在拋光階段可以使用拋光浙青、聚氨酯等。拋光膠22還可制成不同的形狀，例如，如圖7所示的環(huán)形或如圖8所示的多邊形，不同形狀的拋光膠22修形能力不一樣，可對(duì)不同面形誤差進(jìn)行修整。同時(shí)，在拋光膠22的加工面上設(shè)有縱橫交錯(cuò)布置的槽221。本實(shí)施例中，如圖10所示，控制組件3包括控制器31、數(shù)據(jù)采集卡32、電磁鐵驅(qū)動(dòng)器33、直流電源34、傳感器前置處理器35、實(shí)時(shí)控制軟件36和多個(gè)位移傳感器37，位移傳感器37的數(shù)量與電磁鐵4的數(shù)量一致,每個(gè)電磁鐵4的底部裝設(shè)有一個(gè)位移傳感器37,安裝后位移傳感器37與吸板5間隔布置并采集吸板5的位移信號(hào)，直流電源34給電磁鐵4和傳感器前置處理器35供電，電磁鐵4通過(guò)電磁鐵驅(qū)動(dòng)器33驅(qū)動(dòng)，傳感器前置處理器35采集位移傳感器37的位移信號(hào)，并由數(shù)據(jù)采集卡32輸送至控制器31，控制器31運(yùn)行實(shí)時(shí)控制軟件36對(duì)該位移信號(hào)進(jìn)行分析處理并根據(jù)結(jié)果調(diào)節(jié)電磁鐵驅(qū)動(dòng)器33的PWM信號(hào)占空比，進(jìn)而來(lái)控制電磁鐵4線圈電流(驅(qū)動(dòng)電流)的大小，實(shí)現(xiàn)控制電磁鐵4吸引力大小的目的。電磁鐵4對(duì)吸板5的吸引力不同，兩者之間的氣隙大小也不同，位移傳感器37將實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果反饋至控制器31，控制器31不斷調(diào)整電磁鐵驅(qū)動(dòng)器33的PWM信號(hào)占空比，實(shí)時(shí)控制電磁鐵4驅(qū)動(dòng)電流的大小，進(jìn)而改變電磁鐵4對(duì)吸板5吸引力大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤2變形量精準(zhǔn)、可靠的控制。本實(shí)施例中，各電磁鐵4的位移傳感器37固定安裝于其外殼的上端,位移傳感器37采用高精度電渦流傳感器，測(cè)量精度可精確至O. 4 μ m，其安裝位置正好檢測(cè)吸板5遠(yuǎn)離底盤2 —端(上端)的位移，檢測(cè)靈敏度高。同時(shí)，使位移傳感器37與吸板5之間的距離為測(cè)量的線性中點(diǎn)，此時(shí)獲得的數(shù)據(jù)線性度最好。在具體實(shí)施中，本發(fā)明通過(guò)以下幾個(gè)步驟完成加工過(guò)程。步驟一，根據(jù)所要加工的非球面鏡的鏡面參數(shù)計(jì)算出最接近球半徑，并根據(jù)加工要求確定底盤2的直徑大小、拋光磨料、拋光膠22類型等。步驟二，根據(jù)非球面的面形誤差計(jì)算底盤2在不同位置的運(yùn)行速度。步驟三，裝配好底盤2，并完成電氣接線，調(diào)試每一個(gè)電磁鐵4的性能，并記錄相關(guān)參數(shù)。步驟四，通電，使底盤2預(yù)緊(預(yù)緊量通過(guò)非球面度計(jì)算得到)，記錄每個(gè)電磁鐵4的氣隙值和電流之間的規(guī)律，并且在自轉(zhuǎn)條件下記錄每個(gè)電磁鐵4和不同吸板5之間的氣隙變化規(guī)律。步驟五，底盤2在給定的路徑和速度下運(yùn)行，實(shí)時(shí)控制軟件36通過(guò)底盤2在非球面鏡上的相對(duì)位置計(jì)算出此時(shí)底盤2所需的面形，該面形和底盤2預(yù)緊后的面形之差即為底盤2的變形量，實(shí)時(shí)控制軟件36將變形量分配至每一個(gè)電磁力控制變形裝置，位移傳感器37實(shí)時(shí)將測(cè)量結(jié)果反饋至控制器31，實(shí)時(shí)控制軟件36根據(jù)控制器31參數(shù)不斷調(diào)整電磁 鐵驅(qū)動(dòng)器33的PWM信號(hào)占空比，從而精確控制電流大小。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該提出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，包括轉(zhuǎn)軸(I)以及與轉(zhuǎn)軸(I)固接的底盤(2)，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸(I)和底盤(2)之間設(shè)有通過(guò)非接觸電磁力改變底盤(2)形狀的面形調(diào)節(jié)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述面形調(diào)節(jié)裝置包括多個(gè)電磁鐵(4)和多個(gè)吸板(5)，所述多個(gè)電磁鐵(4)繞轉(zhuǎn)軸(I)周向均勻布置，且固定設(shè)置；所述多個(gè)吸板(5)沿所述底盤(2)的周邊均勻布置，且固定于底盤(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述電磁鐵(4)的數(shù)量與吸板(5)的數(shù)量一致且均設(shè)有十二個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸(I)外通過(guò)軸承(11)套接有一個(gè)多邊形固定柱(12)，所述多邊形固定柱(12)的邊數(shù)與所述電磁鐵(4)的數(shù)量一致，且多邊形固定柱(12)的各邊分別裝設(shè)一個(gè)所述電磁鐵(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述底盤(2)包括底盤主體(21)和鋪設(shè)于底盤主體(21)下表面的拋光膠(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述拋光膠(22)呈環(huán)形或多邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述拋光膠(22)的加工面上設(shè)有縱橫交錯(cuò)布置的槽(221)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述面形調(diào)節(jié)裝置還包括根據(jù)所述底盤(2)的實(shí)時(shí)形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)的面形控制組件(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述面形控制組件(3)包括控制器(31)、數(shù)據(jù)采集卡(32)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)器(33)、直流電源(34)、傳感器前置處理器(35)和多個(gè)位移傳感器(37)，所述多個(gè)位移傳感器(37)分設(shè)于多邊形固定柱(12)的各邊或各電磁鐵(4)的頂部并檢測(cè)吸板(5)的位移，所述傳感器前置處理器(35)與位移傳感器(37)相連采集位移信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(32)將位移信號(hào)傳送給控制器(31)，所述控制器(31)根據(jù)位移信號(hào)調(diào)整電磁鐵驅(qū)動(dòng)器(33)的PWM信號(hào)占空比，所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)器(33)根據(jù)PWM信號(hào)占空比的變化調(diào)整電磁鐵(4 )的驅(qū)動(dòng)電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，其特征在于所述位移傳感器(37)靠近吸板(5)遠(yuǎn)離底盤(2)的一端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁驅(qū)動(dòng)型主動(dòng)應(yīng)力盤，包括轉(zhuǎn)軸以及與轉(zhuǎn)軸固接的底盤，轉(zhuǎn)軸和底盤之間設(shè)有通過(guò)非接觸電磁力改變底盤形狀的面形調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于控制、控制精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、不需設(shè)置滑環(huán)就能解決繞線問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B24B13/01GK102794689SQ20121026668
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者李圣怡, 戴一帆, 聶徐慶, 彭小強(qiáng), 石峰, 胡皓 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)