[发明专利]应用于大口径复杂曲面超快抛光的高频微幅振动抛光装置

说明书

本发明公开了一种应用于大口径复杂曲面超快抛光的高频微幅振动抛光装置，包括：可二维运动的音圈电机振动平台和安装在音圈电机振动平台上的柔性多层抛光盘；柔性多层抛光盘由依次连接的刚性抛光底板、柔性抛光层和抛光片组成；其中，柔性抛光层采用形变响应时间在几十毫秒到几百毫秒的弹性材料。通过控制每个维度的音圈电机振幅及相位可以合成实现抛光盘的指定振幅及指定方向的运动。使用本发明能够在保持面形误差的前提条件下快速提升表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及超精密光学加工技术领域，尤其涉及一种应用于大口径复杂曲面超快抛光的高频微幅振动抛光装置，尤其适用于碳化硅、硅、熔石英、ULE等材料的大口径复杂曲面反射镜抛光。

背景技术

在传统大口径及超大口径碳化硅、硅、熔石英、ULE等材料的复杂曲面反射镜在从精密研磨阶段转为抛光阶段时，需要经历漫长的子孔径抛光过程，迭代次数多、抛光效率低、耗时过长，而且非常容易出现抛光过后部分局部偏低的区域粗糙度较其他区域偏差，在干涉仪检测过程中经常会出现数据坏点，无法进行有效检测。这一过程给光学加工工作者带来了较大的烦恼。为提升单次抛光效率并降低检测难度，提出一种利用高频微幅振动的方式来替代传统的计算机数控小磨头加工(CCOS)方案。在传统CCOS方案中，抛光盘多由沥青、聚氨酯等常见抛光材料组成，通过机械结构实现大幅度(5-50mm)、低频率(1-10Hz)的类似行星公自转运动的方式实现光学加工，在加工非球面度较大或是存在多拐点的自由曲面光学元件过程中，由于沥青的自流动性虽然可以满足在一定程度上使抛光盘与光学元件贴合，但在快速加工过程中沥青的自流动性则满足不了抛光需求，直接导致部分局域偏低的区域无法被充分加工到。

针对另一种常见的光学加工过程中的中高频面形误差问题，由于累计加工时间过长，容易在光学元件表面形成一定空间频率的面形误差。而这种误差的引入则很容易会导致光学元件的面形误差无法继续收敛，所以非常有必要采取措施消除中高频面形误差的比重。而传统的CCOS加工方法是使用口径及牌号硬度偏大的沥青盘进行子孔径抛光。采用这种方法带来的弊端就是虽然降低了中高频面形误差的比重，但会在一定程度上破坏原有的良好的低频面形误差。

所以为了解决在大口径复杂曲面加工过程中面临的问题，有针对性的发明了针对大口径抛光需求的高频微幅振动抛光技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于大口径复杂曲面超快抛光的高频微幅振动抛光装置，能够在保持面形误差的前提条件下快速提升表面粗糙度。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种应用于大口径复杂曲面超快抛光的高频微幅振动抛光装置，包括：可二维运动的音圈电机振动平台和安装在音圈电机振动平台上的柔性多层抛光盘；

柔性多层抛光盘由依次连接的刚性抛光底板、柔性抛光层和抛光片组成；柔性抛光层采用形变响应时间在几十毫秒到几百毫秒的弹性材料；

通过控制每个维度的音圈电机振幅及相位可以合成实现抛光盘的指定振幅及指定方向的运动。

优选地，所述柔性抛光层采用硬度范围为Shore A 10～30、厚度为1～10mm的聚氨酯泡沫。

优选地，所述柔性多层抛光盘的口径是待抛光光学元件口径的十分之一到三分之一。

优选地，所述抛光片采用聚氨酯抛光片。

优选地，所述音圈电机振动平台为矩形音圈电机二维平台，或者由两个柱状音圈电机正交叠加实现。

优选地，该装置进一步包括安装在音圈电机振动平台的加工装置施压系统。

优选地，所述加工装置施压系统包括刚性底板、刚性施压板，以及安装在刚性底板和刚性施压板之间的施压机构，刚性底板与运动机床相连，刚性施压板与音圈电机振动平台相连。