[发明专利]一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光装置及方法

权利要求书

1.一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光装置，其特征在于：包括X向气浮导轨、Y向气浮导轨、Z向气浮导轨、抛光刀头运动平台、振动装置、磁铁旋转台和机床框架，X向气浮导轨和Y向气浮导轨通过螺钉与机床框架连接，Z向气浮导轨通过螺钉与Y向气浮导轨连接，安装在机床框架上，抛光刀头运动平台通过螺钉与Z向气浮导轨连接，振动装置通过螺钉与磁铁旋转台连接，磁铁旋转台通过螺钉与X向气浮导轨连接；

所述的振动装置包括位移发生模块一、位移发生模块二、工作平台、解耦机构一、解耦机构二、传感器系统一、传感器系统二和平台框架，工作平台安装在平台框架中间，在X向输出轴线上，位移发生模块一和解耦机构一安装在工作平台两侧，传感器系统一安装在工作平台与平台框架上，在Y向输出轴线上，位移发生模块二和解耦机构二安装在工作平台两侧，传感器系统二安装在工作平台与平台框架上；所述的位移发生模块一和位移发生模块二的结构相同，以位移发生模块一为例，其特征在于：包括压电陶瓷、预紧螺钉、刚性块、传动块一、传动块二、放大机构一、放大机构二、传动块三、传动块四、放大机构三、放大机构四、传动块五和传动块六，压电陶瓷通过预紧螺钉安装在刚性块上，压电陶瓷产生的位移通过传动块一和传动块二分别传递给放大机构一和放大机构二，放大后的位移通过传动块三和传动块四分别传递给放大机构三和放大机构四，经过二次放大后的位移通过传动块五和传动块六传递给工作平台；所述的解耦机构一和解耦机构二结构相同，以解耦机构一为例，其特征在于：包括解耦连杆一和解耦连杆二，解耦连杆一和解耦连杆二的两端分别与平台框架和工作平台连接；所述的传感器系统一和传感器系统二结构相同，以传感器系统一为例，其特征在于：包括位移传感器和位移传感器支架，位移传感器支架通过螺钉固定在振动装置上，位移传感器通过螺钉固定在位移传感器支架上。

2.根据权利要求1所述的一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光装置，其特征在于：所述抛光刀头运动平台包括主轴、配重器和抛光刀头，配重器安装在Z向气浮导轨上，主轴安装在配重器上，抛光刀头安装在主轴上；所述的抛光刀头，其特征在于：包括抛光杆、长方体磁铁和U型带孔板，长方体磁铁安装在抛光杆的长方形槽内，U型带孔板通过螺钉与抛光杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光装置，其特征在于：所述的磁铁旋转台包括齿轮传动组系、长方体垫块、联轴器、伺服电机和轴承座一，齿轮传动组系通过联轴器和轴承座一与伺服电机连接，伺服电机通过螺钉与长方体垫块连接；所述的齿轮传动组系包括：基础框架、强磁性圆形磁铁、载物平台、端盖、安装螺钉、旋转主轴一、连接键一、锥齿轮一、套筒、轴承一、轴承二、旋转主轴二、连接键二、锥齿轮二、圆形挡片和轴承座二，锥齿轮一通过连接键一安装在旋转主轴一上，并用安装螺钉固定，套筒安装在旋转主轴一上用于固定锥齿轮一，旋转主轴一通过轴承一与轴承二安装在基础框架上并用端盖固定，载物平台通过螺钉固定在旋转主轴一上，强磁性圆形磁铁通过安装螺钉固定在载物平台上，锥齿轮二通过连接键二和圆形挡片与旋转主轴二与连接，旋转主轴二通过轴承座二固定在基础框架上。

4.根据权利要求1所述的一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光装置，其特征在于：所述的机床框架包括大理石基座、支撑体一、支撑体二和刚性横梁，支撑体一和支撑体二分别安装在大理石基座上，刚性横梁安装在支撑体一和支撑体二上。

5.一种用于加工光学元件的非谐振振动辅助磁流变抛光方法，其特征在于,包括下列步骤：

(一)、将被加工光学元件固定在振动装置的工作平台上，启动电源，使X向气浮导轨带动磁铁旋转台和振动装置沿X方向运动到工作位置，Z向气浮导轨和Y向气浮导轨共同带动抛光刀头运动平台沿YZ面运动到工作位置，保证载物平台、气浮主轴和光学元件三者同轴；

(二)、向光学元件的表面喷洒磁流变液，运行伺服电机带动磁铁旋转台工作，从而带动强磁性圆形磁铁旋转形成动态磁场，在动态磁场的作用下，磁流变液发生流变效应形成磁簇；同时Z向气浮主轴带动抛光刀头旋转，保证与磁铁旋转台的转速相同，使强磁性圆形磁铁与抛光刀头中的长方体磁铁相对静止，形成垂直于XY平面的稳定的动态磁场；

(三)在振动装置上安装传感器系统一和传感器系统二，对X、Y方向产生的位移进行实时监测，控制工作平台合成稳定的二维运动轨迹，从而带动光学元件进行二维振动；

(四)、对振动装置中的压电陶瓷通入正弦电信号，控制工作平台在X方向和Y方向上的位移大小和振动频率，使振动装置产生的X方向位移与Y方向位移在工作平台上合成为二维运动轨迹，从而带动振动装置上的光学元件做二维运动，利用旋转磁刷和做二维运动的光学元件之间的复合运动，使抛光杆带动磁流变液中的磨粒对元件的表面划痕、裂纹和毛刺进行有效去除，以达到精细抛光的目的；

(五)、直到将加工表面抛光到预期标准以后，抛光过程结束。