[发明专利]大口径光学镜面超精密加工集成平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学加工技术领域的装置，尤其涉及一种大口径光学镜面超精密加工集成平台。

背景技术

天文学仪器、卫星、天基监视器等空间技术的发展，对空间光学系统提出了越来越高的要求。为增加分辨率，光学系统需要使用大口径反射镜，在天文光学冷加工中，习惯把φ300mm以上的镜面称为大口径镜面，反射镜的表面及亚表面的质量对光学系统的观测效果具有决定性影响。光学镜面加工一般分为磨削、研磨和抛光等阶段，其中磨削和研磨属于成形加工，对光学镜面的表面及亚表面质量影响很大，其效果直接影响到后续处理的可行性及加工效率。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级，对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。所以研制大口径光学镜面超精密磨削及研磨设备就成为提高大口径反射镜制造能力的关键因素之一。

目前国内外有多家高校、科研机构都在该领域进行研究。其中英国的Cranfield精密工程研究所(CUPE)研制了0AGM 2500大型非球面光学零件超精密磨床，最大加工尺寸为2.5m×2.5m×0.6m。2006年CUPE又设计研制了Big OptiX大型超精密磨床，可加工最大直径2米的自由曲面光学镜面。国内哈尔滨工业大学、西安交通大学等高校和研究所也在进行相关方面的研究，其中，哈尔滨工业大学研制的磨削系统可加工小口径超精密光学非球面，参考文献为：陈明君《中国机械工程》2000年第8期《超精密光学非球曲面磨削系统的研制》；国防科技大学研制的AOCMT六轴大型非球面光学加工机床，参考文献为：国防科技大学康念辉2004年硕士论文《大中型非球面磨削成形的理论与实验研究》。

然而，这些研究都是在现有设备基础上进行的设计，系统刚性较差且没有考虑加工与检测的集成问题，从而限制和降低了大口径光学镜面的制造精度和效率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种将大口径光学镜面的磨削、研磨及检测集成于一体的加工集成平台。

发明内容

有鉴于现有技术的上述不足，本发明提供了一种大口径光学镜面超精密加工集成平台，将大口径光学镜面的磨削、研磨及检测集成于一体，提高了加工的精度和效率，实现了最大直径2米的大口径光学镜面的高效超精密微磨加工。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种大口径光学镜面超精密加工集成平台，包括：底座、设置在所述底座上的水平移动装置、设置在水平移动装置上的旋转装置、超精密磨削装置、镜面检测装置以及研磨装置，水平移动装置驱动所述旋转装置可沿水平方向移动至工件安装位置、磨削位置、面形检测位置及研磨位置，超精密磨削装置具有立柱、竖直移动装置、主轴系统及金刚石砂轮，金刚石砂轮连接到所述主轴系统，主轴系统设置在竖直移动装置上，竖直移动装置设置在立柱上，立柱固定连接在底座前端并驱动主轴系统及金刚石砂轮沿竖直方向上下移动，主轴系统可以调节金刚石砂轮的倾斜角度，金刚石砂轮具有弧面，当旋转装置位于所述工件安装位置时可对工件进行弧面磨削；镜面检测装置设置在超精密磨削装置和研磨装置之间的位置，即面形检测位置，当旋转装置位于面形检测位置时可对工件进行面形检测；研磨装置设置在底座尾端，当旋转装置位于研磨位置时对工件进行研磨。

进一步地，水平移动装置包括：水平直线导轨、水平直线电机、水平光栅尺、水平移动工作台。水平直线电机固定设置于底座上，水平直线导轨固定设置于底座上，水平移动工作台底部分别与水平直线电机滑块、水平直线导轨滑块连接，可沿水平直线导轨在水平方向上移动，水平光栅尺光栅读数头设置在底座上，标尺光栅设置在水平移动工作台上，检测和反馈水平位移数据。

进一步地，旋转装置包括：旋转平台、转台力矩电机、旋转编码器、转台液体静压轴承、夹紧装置。转台力矩电机定子固定设置于水平移动工作台上，转子与旋转平台固定连接，转台液体静压轴承分别于水平移动工作台及旋转平台连接，旋转编码器设置在转台力矩电机转子上，检测和反馈旋转平台角度数据，夹紧装置设置在旋转平台上，用于固定工件。

进一步地，竖直移动装置包括：竖直直线导轨、竖直直线电机、竖直光栅尺、竖直移动工作台、连接装置。竖直直线电机固定设置于立柱上，竖直直线导轨固定设置于立柱上，连接装置固定在竖直移动工作台上，竖直移动工作台底部分别与竖直直线电机滑块、竖直直线导轨滑块连接，可沿竖直直线导轨在竖直方向上移动，竖直光栅尺光栅读数头设置在立柱上，标尺光栅设置在竖直移动工作台上，检测和反馈竖直位移数据。