[发明专利]一种底面驱动预应力加工支撑系统

说明书

本发明公开了一种底面驱动预应力加工支撑系统，属于先进光学制造领域，适用于大口径弯月型离轴非球面反射镜的精密加工，该系统由面形检测装置、待加工反射镜、力促动器、定位支撑、柔性侧支撑、计算机和基座构成。受到轴向刚度限制，目前常用的边缘驱动预应力加工装置无法在球面研磨、抛光过程中保持预设的变形，从而无法实现预定的材料去除，严重影响了预应力加工技术的加工精度。本发明公开的预应力加工支撑系统采用底面驱动的结构形式，在完成预设变形后，将支撑装置在轴向进行锁紧，能够有效保证支撑装置的轴向刚度和预设变形的稳定性，提高预应力加工技术的加工精度。

技术领域

本发明属于先进光学制造领域，涉及一种光学加工支撑系统，特别是大口径弯月型离轴非球面反射镜精密加工中的预应力加工支撑系统。

背景技术

预应力加工技术是美国加州大学Nelson在二十世纪八十年代提出的一种大口径离轴非球面反射镜加工技术，该技术利用光学玻璃的线弹性，通过施加载荷使镜面产生相对与起始球面的预定变形，然后进行传统的球面加工，释放载荷后即可获得所需的离轴非球面。预应力加工技术将磨制对象由非球面转化为球面，可以使用大口径磨盘进行加工，因此加工效率得到了极大提升。

预应力加工支撑装置一般采用边缘驱动的结构形式。杆臂与二个力促动器通过杠杆连接，并通过殷钢块与镜子侧面固定连接。调整力促动器的输出，在镜子侧面产生预定的剪力和弯矩，使镜子发生变形。镜子底部采用多点柔性被动支撑。边缘驱动预应力加工支撑机构的轴向刚度较低，在传统球面加工过程中，镜面在磨盘压力的作用下，无法保持预定的变形，并且随着磨盘在镜面上位置的变化，由于磨盘压力所产生的变形也将随之发生改变，从而导致加工过程中无法实现预定的材料去除，大幅降低了预应力加工技术的加工精度。

为了能够克服现有预应力加工支撑装置所存在的问题，提高加工精度，有必要对预应力加工支撑装置进行创新性设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前预应力加工支撑装置所存在的问题，提供一种底面驱动预应力加工支撑装置，以提高预应力加工技术所能获得的加工精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种底面驱动预应力加工支撑系统，该系统包含有面形检测装置、待加工反射镜、多个力促动器、定位支撑、多个柔性侧支撑、计算机和基座，其中：

面形检测装置位于待加工反射镜上方，用于检测待加工反射镜的面形，获取待加工反射镜的面形数据；

力促动器包括力分解器、力传感器、锁紧机构、弹簧组件、步进电机和步进电机驱动器等；力促动器分布在待加工反射镜底部，上端与待加工反射镜固定连接，下端与基座固定连接，用于向待加工反射镜施加沿被加工反射镜光轴方向(以下简称轴向)的载荷，使镜面产生预定变形；步进电机带动弹簧组件做运动，产生沿光轴方向的推力或拉力，经过力传感器和力分解器传递到待加工反射镜底面；锁紧机构位于弹簧组件和力传感器之间，在镜面变形阶段不起作用，在球面加工阶段对力促动器进行轴向锁紧，用以提高支撑刚度；力分解器具有除轴向外的五个自由度，用于消除由于镜面变形所产生的耦合力；

定位支撑是镜面变形、球面加工以及镜面回弹的基准，位于待加工反射镜底面中心处，与待加工反射镜同轴。定位支撑顶端与待加工反射镜底面固定连接，底端与基座采用轴套连接；

柔性侧支撑均布在待加工反射镜边缘，轴向刚度较小，通过变形消减镜面变形所产生的约束反力，径向刚度较大，用于限制待加工反射镜的扭转；

计算机分别与面形检测装置、力传感器、步进电机驱动器相连，接收带有面形检测数据的数字面形信号和监测到支撑力的数字力传感信号，输出控制步进电机驱动器的脉冲信号；计算机根据面形检测数据，分析计算各个力驱动所需的支撑力，在将支撑力转化为脉冲信号输入到步进电机驱动器。在镜面变形过程中，力传感器实时将监测到的支撑力信号传递回计算机与步进电机控制信号形成力闭环，保证输出力的准确性；镜面变形精度由面形检测装置进行检测。