[实用新型]曲率半径可调式非球面凹透镜加工装置

摘要

本实用新型涉及一种曲率半径可调式非球面凹透镜加工装置，属于精密加工领域。通过直流伺服电机和压电驱动器的宏动/微动结合的进给方式，结合公转运动单元的定向运动关节，可实现加工回转半径的精确调整，球形磨削头公转运动的实现依托于摆动支撑架和自转运动电机在两个正交方向的旋转自由度。与此同时，通过对凹透镜试件竖直方向高度的精确随动调整，亦可实现被加工透镜的曲率半径的调整。本实用新型采用立式结构，体积小巧，布局紧凑，其整体尺寸小，可有效提高现有非球面光学透镜研磨技术加工的效率，适用于微小型非球面凹透镜光学器件的精密加工，以拓宽微小型非球面透镜在航天航空、军事系统以及光通讯等领域的应用。

主权项

一种曲率半径可调式非球面凹透镜加工装置，其特征在于：包括宏微进给单元、公转运动单元、自转运动单元、透镜安装及调整单元、冷却单元以及支撑基座单元，其中宏微进给单元中的进给电机法兰（40）和进给支撑架（36）分别与支撑基座单元中的上安装板（4）以及右侧立板（37）螺纹刚性连接，公转运动单元中的定向公转旋转关节（13）和定向摆动关节（14）分别通过公转电机法兰（30）和自转电机法兰（15）与宏微进给单元中的柔性铰链（32）和自转运动单元中的自转运动电机（42）刚性连接；自转运动单元中的摆动支撑架（27）通过外摆动轴承（16）分别与支撑基座的单元左侧立板（5）和右侧立板（37）的中心定位孔过盈连接；透镜安装及调整单元中的移动平台基板（46）通过螺纹连接方式安装在支撑基座单元中基座（20）的凹形定位槽中，冷却单元中的冷却液容器（9）通过与支撑基座单元中的左侧立板（5）螺纹刚性连接；所述宏微进给单元包括编码器（1）、直流伺服电机（2）、减速器（3）、进给电机法兰（40）、联轴器（6）、滚珠丝杠固定支撑座（7）、滚珠丝杠（8）、压电叠堆（31）、柔性铰链 （32）、导轨滑块（33）、丝杠法兰（34）、线性导轨（35）、进给支撑架（36）和制动器（39），其中直流伺服电机组件结合滚珠丝杠传动组件作为宏动进给子单元实现定向公转旋转关节（13）在竖直方向的进给运动，由压电叠堆（31）和柔性铰链（32）组成的压电驱动器实现定向公转旋转关节（13）在竖直方向的精密微动进给；制动器（39）用于防止在系统突然断电情况下滚珠丝杠传动组件由于无法实现自锁而导致的丝杠法兰（34）的自由下滑；柔性铰链（32）采用圆弧过渡型铰链形式并输出等幅均布位移；所述公转运动单元包括公转盘式电机（12）、 定向公转旋转关节（13）、定向摆动关节（14）和公转电机法兰（30），所述定向摆动关节（14）、公转电机法兰（30）分别与自转电机法兰（15）、柔性铰链（32）刚性连接，定向公转旋转关节（13）、定向摆动关节（14）均由精密滚动轴承和旋转定位销组成；所述自转运动单元包括自转电机法兰（15）、外摆动轴承（16）、摆动支撑架（27）、外摆动轴（28）、内摆动轴承（29）、自转运动电机（42）以及内动摆轴（43），所述摆动支撑架（27）与外摆动轴（28）刚性连接，自转运动电机（42）的定子部分与内摆动轴（43）刚性连接，外摆动轴（28）、内摆动轴（43）分别通过外摆动轴承（16）、内摆动轴承（29）套接于左、右侧立板（5、37）及摆动支撑架（27）的定位孔中；所述透镜安装及调整单元包括凹透镜试件（17）、工作台（25）、球形磨削头（26）以及三自由度进给子单元，所述三自由度进给子单元包括x向调整旋钮（18）、x向进给平台（19）、y向调整旋钮（21）、y向进给平台（22）、z向进给平台（23）、定位销轴（45）、z向进给电机（46）、支撑托板（24）以及移动平台基板（46），所述球形磨削头（26）通过其定位孔与自转运动电机（42）的转轴套接，支撑托板（24）与工作台（25）螺纹刚性连接；三自由度进给子单元对工作台（25）进行初始定位并通过随动调整工作台（25）的竖直方向位移实现被加工凹透镜试件（17）曲率半径的改变；所述冷却单元包括冷却液容器（9）、冷却液容器紧固螺钉（10）以及冷却管（11），所述冷却液容器（9）通过冷却液紧固螺钉（10）与左侧立板（5）刚性连接，并和与右侧立板（37）刚性连接的进给支撑架（36）对称安装，从而起到配重作用；冷却管（11）为柔性软管，其初始位置处于被加工凹透镜试件（17）的边缘近端；冷却液的流量随公转盘式电机（12）及自转运动电机（42）转速的提高而增加；所述支撑基座单元包括上安装板（4）、左侧立板（5）、基座（20）、右侧立板（37）以及立板安装螺钉（38），所述上安装板（4）与基座（20）均设有与左、右侧立板（5、37）等宽且对称布置的矩形定位槽，以实现左侧立板（5）与右侧立板（37）的平行安装并保证其与上安装板（4）和基座（20）的平行度。