一种小口径非球面光学元件的磨抛检集成加工设备的制作方法

本发明涉及光学元件加工设备，尤其涉及一种小口径非球面光学元件的磨抛检集成加工设备。

背景技术：

1、非球面光学元件具有像差小、成像清晰等优点，可以实现一两片光学元件替代一组球面光学元件的效果。因此，小口径的非球面光学元件正被越来越广泛地应用于高端仪器和设备上。然而，相比于传统的球面光学元件，非球面元件加工难度大、精度差、效率低，过高的成本限制了其进一步的推广应用。

2、非球面光学元件在最终加工面形精度要求往往达到微米甚至亚微米级，表面粗糙度达到纳米级，其加工过程涉及磨削、抛光和检测。具体加工过程如下：首先需要进行磨削，快速去除大量材料，达到数微米至数十微米的面形精度；在此基础上进行抛光，一方面降低表面粗糙度，同时提高面形精度；由于加工的不确定性，在抛光结束后需要进行检测确认满足指标，否则需要根据检测结果进行补偿抛光，并重复抛光-检测的过程直至达到指标。同时，现有加工设备自动化和智能化程度低，工序转换、检测及数据交换等过程都需要人工参与，综合加工效率低，单件小口径元件的加工总时长往往达到数十小时，使得产品成本高昂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种小口径非球面光学元件的多工位布置、工件自动传送、协同控制的磨抛检集成加工设备。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种小口径非球面光学元件的磨抛检集成加工设备，其特征在于：包括床身及设于所述床身上的磨削机构、粗抛机构、精抛机构、检测机构和用于夹持传送小口径非球面光学元件的工件夹持传送机构，其中，所述磨削机构包括用于装夹光学元件的磨削主轴、用于对光学元件磨削加工的砂轮、用于驱动所述砂轮沿x轴方向运动的第一x轴运动机构、用于驱动所述砂轮沿z轴方向运动的第一z轴运动机构及用于驱动所述砂轮绕b轴旋转的第一b轴旋转机构，所述磨削主轴的轴线与z轴平行；

3、所述粗抛机构包括用于装夹光学元件的粗抛主轴、用于对光学元件粗抛加工的粗抛光头、用于驱动所述粗抛光头沿x轴方向运动的第二x轴运动机构、用于驱动所述粗抛光头沿z轴方向运动的第二z轴运动机构及用于驱动所述粗抛光头绕b轴旋转的第二b轴旋转机构，所述粗抛主轴的轴线与z轴平行；

4、所述精抛机构包括用于装夹光学元件的精抛主轴、用于对光学元件精抛加工的精抛光头、用于驱动所述精抛光头沿x轴方向运动的第三x轴运动机构、用于驱动所述精抛光头沿z轴方向运动的第三z轴运动机构及用于驱动所述精抛光头绕b轴旋转的第三b轴旋转机构，所述精抛主轴的轴线与z轴平行；

5、所述检测机构包括接触式检测机构和非接触式检测机构，所述接触式检测机构设于磨削机构中，包括旋转气缸及安装在所述旋转气缸活塞杆上的接触式轮廓仪，旋转气缸与第一b轴旋转机构连接；

6、所述非接触式检测机构独立于磨削机构、粗抛机构、精抛机构之外，包括用于固定光学元件的载物台、用于检测光学元件的激光干涉仪及用于驱动所述激光干涉仪沿z轴方向运动的第四z轴运动机构。

7、磨削机构具体有多种结构，作为优选，所述磨削机构通过第一底座固定在床身上，所述第一底座上固定有磨削主轴；

8、第一x轴运动机构有多种结构，作为优选，所述第一x轴运动机构包括固定于第一底座上的两条第一x轴静压导轨及设于两条所述第一x轴静压导轨间的x轴直线电机对的定子，所述x轴直线电机对的动子上设有x轴立柱；

9、所述第一z轴运动机构包括设于x轴立柱上的两条第一z轴静压导轨及设于两条所述第一z轴静压导轨间的z轴直线电机对的定子，所述z轴直线电机对的动子上设有第一z轴滑台；

10、所述第一b轴旋转机构包括设于第一z轴滑台台面上的第一b轴静压转台，所述第一b轴静压转台台面上设有磨削电主轴，所述磨削电主轴两端通过连杆分别连接有用于粗磨的第一砂轮和用于精磨的第二砂轮。

11、为了使接触式检测机构能沿x轴和z轴运动，所述第一z轴滑台侧面固定有接触式检测机构中的旋转气缸，接触式轮廓仪安装于旋转气缸的活塞杆上。

12、粗抛机构具体有多种结构，作为优选，所述粗抛机构通过第二底座固定在床身上，所述第二底座上固定有粗抛主轴；

13、所述第二x轴运动机构包括固定于第二底座上的第一龙门台，所述第一龙门台上设有两条第二x轴导轨及设于两条所述第二x轴导轨间的第一x轴滚珠丝杠副，所述第一x轴滚珠丝杠副上设有第一x轴滑台，第一x轴滚珠丝杠副末端与在第一龙门台侧面的第一x轴伺服电机固定；

14、所述第二z轴运动机构包括设于第一x轴滑台上的两条第二z轴导轨及设于两条所述第二z轴导轨间的第一z轴滚珠丝杠副，所述第一z轴滚珠丝杠副上设有第二z轴滑台，第一z轴滚珠丝杠副末端与在第一x轴滑台顶部的第一z轴伺服电机固定；

15、所述第二b轴旋转机构包括设于第二z轴滑台台面上的第二b轴静压转台，所述第二b轴静压转台台面上设有粗抛电主轴，所述粗抛电主轴通过连杆连接有粗抛光头。

16、精抛机构具体有多种结构，作为优选，所述精抛机构通过第三底座固定在床身上，所述第三底座上固定有精抛主轴；

17、所述第三x轴运动机构包括固定于第三底座上的第二龙门台，所述第二龙门台上设有两条第三x轴导轨及设于两条所述第三x轴导轨间的第二x轴滚珠丝杠副，所述第二x轴滚珠丝杠副上设有第二x轴滑台，第二x轴滚珠丝杠副末端与在第二龙门台侧面的第二x轴伺服电机固定；

18、所述第三z轴运动机构包括设于第二x轴滑台上的两条第三z轴导轨及设于两条所述第三z轴导轨间的第二z轴滚珠丝杠副，所述第二z轴滚珠丝杠副上设有第三z轴滑台，第二z轴滚珠丝杠副末端与在在第二x轴滑台顶部的第二z轴伺服电机固定；

19、所述第三b轴旋转机构包括设于第三z轴滑台台面上的第三b轴静压转台，所述第三b轴静压转台台面上设有精抛电主轴，所述精抛电主轴通过连杆连接有精抛光头。

20、非接触式检测机构具体有多种结构，作为优选，所述非接触式检测机构通过第四底座固定在床身上，所述第四底座上固定有检测头座，所述检测头座内设有第四z轴运动机构，激光干涉仪固定在第四z轴运动机构上；所述载物台固定在第四底座上，其四角分别设有用于调节载物台平面角度的压电陶瓷。

21、工件夹持传送机构具体有多种结构，作为优选，所述工件夹持传送机构包括机械臂及位于所述机械臂末端的夹持机构，所述夹持机构为u型状且两侧安装有高压水喷头和高压气喷头。

22、为了实现加工过程中对光学元件的高精度定位和夹紧，所述磨削主轴、粗抛主轴及精抛主轴三者的主轴端口、载物台固定光学元件的表面上都设有胀紧套，光学元件与随行液胀夹具采用热熔胶粘接形成一体结构。

23、为了能吸收设备振动，同时可以隔绝地面振动传递到床身，所述床身采用大理石或铸铁结构，底部设有阻尼垫。

24、为了防止碎屑、气体、液体等进入外部空间，所述磨削机构、粗抛机构、精抛机构及检测机构都设有独立防护罩，互相隔离。

25、与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将磨削机构、粗抛机构、精抛机构、检测机构和工件夹持传送机构集成于一体，整体尺寸小，对安装空间要求低；同时，工件自动传送提高了自动化与智能化程度，工序转换、加工、检测等环节均由设备自动完成，人工操作环节少，对操作人员要求低，加工精度不依赖操作者的使用经验。