CN104290004A - 大口径非球面机器人行星抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径非球面机器人行星抛光装置，包括公转传动机构、自转传动机构、抛光轴组件和平衡配重偏心调节装置；该抛光行星装置的自转与公转采用两台伺服电机分别驱动，公转传动机构实现行星运动的公转平转动；平衡配重偏心调节装置是偏心调节与同步质心平衡机构，实现配重块可随偏心距反向同步变化；自转传动机构采用二级带传动，使自转电机固定，在不参与平转动的前提下实现自转运动的传递；抛光轴组件采用低摩擦气缸气缸和母旋转式滚珠花键轴的中空组合连接，使缸及活塞均不参与自转运动；利用中空结构实现动、静压抛光工艺；通过降低摩擦实现比例阀对抛光盘压力的精确控制。

Description

大口径非球面机器人行星抛光装置

技术领域

本发明属于光学加工制造领域，是一种应用于机器人抛光的末端装置，该装置适用于大口径非球面元件的精密抛光。

背景技术

在现代光学系统的实际应用中需要大量非球面光学元件，特别是具备大口径和高精度特点的元件，而光学制造产业还不具备足够的产能来满足需求。计算机控制表面成形技术与传统光学加工技术相比，可以大大提高加工效率，是解决这一问题的重要方法，因而成为了非球面光学元件制造加工的主要技术支持。小磨头抛光技术是应用最广泛的CCOS(计算机控制光学表面成型)技术，其抛光精度高，但缺点是抛光效率低。因此改善抛光工具，对于抛光技术是至关重要的关键环节。抛光装置通常需要实现的功能包括以下三项：行星运动，偏心调节，可控压力的恒定加压。其中行星运动是基本形式，通过抛光盘与光学元件之间的高速旋转来实现抛光，而去除函数中心去除量最大化则需要实现公转运动，同时具备调节公转与自转转速比的能力，以应对不同的加工需求；恒定加压是前提条件，根据去除函数数学模型建立的条件，需要维持施加在抛光盘上压力的恒定，来保证去除函数的准确，进而获得确定性的材料去除量；偏心调节是必要补充，当加工的工件或者工艺需要改变时，抛光盘的尺寸有可能发生变化，而偏心距也需要随之进行调整。用于大口径非球面机器人行星抛光装置其主要构成有行星装置、偏心平衡调节装置和气动加压装置。现有的抛光装置主要存在由于自身结构造成的转速较低、偏心距受到离心力的影响而调节范围受限、压力控制精度不足、加工效率低等问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大口径非球面机器人行星抛光装置，该装置能够大幅提高抛光效率和抛光质量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大口径非球面机器人行星抛光装置，包括公转传动机构、自转传动机构、抛光轴组件，该行星抛光装置还包括平衡配重偏心调节装置；

所述抛光轴组件包括低摩擦气缸和母旋转式滚珠花键，所述母旋转式滚珠花键设有花键轴和与其滑动连接的花键母，所述低摩擦气缸的活塞杆通过一个过渡接头和一个旋转接头与所述花键轴连接，所述花键轴作为抛光轴使用，所述过渡接头固接在所述低摩擦气缸的活塞杆下端，所述旋转接头转动连接在所述过渡接头的下端，所述花键轴上固接有带轮，所述花键母固定在支撑板上；

所述公转传动机构包括壳体，在所述壳体上固装有公转减速器，在所述公转减速器上固装有公转电机，所述公转电机驱动所述公转减速器，在所述公转减速器的输出轴上安装有驱动法兰，所述驱动法兰固定在燕尾槽上，在所述燕尾槽的下面设有与其滑动连接的燕尾块，在所述燕尾块的下表面上固定有下法兰，所述下法兰通过轴承驱动所述支撑板运动，所述支撑板固定在二维交叉滚动导轨上；所述二维交叉滚动导轨包括与所述支撑板固接的纵向导轨及其滑块和与所述壳体固接的横向导轨及其滑块；

所述二维交叉滚动导轨包括与所述支撑板固接的纵向导轨、纵向滑块、与所述纵向滑块固接的横向滑块和与所述壳体固接的横向导轨；

所述自转传动机构包括固定在所述壳体上的自转电机，所述自转电机通过二级带传动机构与所述带轮连接；

所述平衡配重偏心调节装置包括调节丝杠，所述调节丝杠设有左螺纹段和右螺纹段，所述燕尾槽通过调节螺母连接在所述左螺纹段上，所述调节螺母固定在所述燕尾槽上，所述配重块通过螺纹连接在所述右螺纹段上，所述右螺纹段上的螺距是所述左螺纹段上螺距的两倍；所述调节丝杠与所述燕尾块轴向固定周向转动连接，所述配重块和所述下法兰分设在所述公转电机的轴线两侧；所述调节丝杠与旋柄通过齿槽结构连接，所述旋柄连接在壳体上，在所述旋柄的外端设有旋钮，在所述旋钮和所述壳体之间夹压有复位弹簧。

所述低摩擦气缸的活塞杆、所述过渡接头、所述旋转接头和所述花键轴均设有相互贯通的中空结构，相互贯通的所述中空结构形成抛光液注入通道。

本发明具有的优点和积极效果是：将抛光装置上质量最大的单体部件-自转电机固定于壳体，不再参与公转运动，因此可减小用于抵消自传电机质量的配重，从而减小整体装置的重量和尺寸，使之更适合机器人抛光方式；通过可调配重块以及采用滚动导轨等结构创新，改善其平衡性能，大大降低抛光轴离心力给抛光装置带来的影响，实现降低横向激振的功能，一方面可以实现对抛光盘的精确控制，另一方面大大提高了可使用的转速和偏心距的参数范围：自转转速达到了原有参数的3倍，偏心距达到了原有参数的2倍，以达到提高加工效率的目的；中空式抛光轴组件使抛光液可由抛光盘中心注入，因此抛光装置不仅可实现静压抛光，而且可实现动压抛光，大大提高抛光效率。抛光轴组件采用低摩擦气缸(亦称“无摩擦”气缸)和母旋转式滚珠花键亦可提高对抛光盘压力的控制精度。综上所述，本发明提高了转速、压力和偏心距等性能指标，使整机性能明显高于现有抛光装置。

附图说明

图1为本发明的外观图；

图2为本发明在公转传动机构处的剖视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的平衡配重偏心调节装置结构示意图；

图5为本发明的抛光轴组件结构示意图；

图6为本发明的燕尾槽结构示意图；

图7为本发明的燕尾块结构示意图。

图中：1、公转电机；2、公转减速器；3、壳体；4、自转电机；5、带轮；6、低摩擦气缸；7、二级带传动机构；8、支撑板；9、花键轴；10、驱动法兰；11、燕尾槽；12、燕尾块；13、下法兰；14、配重块；15、旋钮；16、二维交叉滚动导轨；17、花键母；18、调节丝杠；19、调节螺母；20、过渡接头；21、旋转接头。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图7，一种大口径非球面机器人行星抛光装置，包括公转传动机构、自转传动机构、抛光轴组件和平衡配重偏心调节装置。

所述抛光轴组件包括低摩擦气缸6和母旋转式滚珠花键，所述母旋转式滚珠花键设有花键轴9和与其滑动连接的花键母17，所述低摩擦气缸6的活塞杆通过一个过渡接头20和一个旋转接头21与所述花键轴9连接，所述花键轴9作为抛光轴使用，所述过渡接头20固接在所述低摩擦气缸6的活塞杆下端，所述旋转接头21转动连接在所述过渡接头20的下端，所述花键轴9上固接有带轮5，所述花键母17固定在支撑板8上；在花键轴9的下端安装抛光工具。控制低摩擦气缸6的输出压力能够实现对抛光盘压力的精确控制。

从上至下依次连接的所述低摩擦气缸6的活塞杆、过渡接头20、旋转接头21和花键轴9均设有相互贯通的中空结构，所有所述中空结构形成抛光液注入通道，因此抛光液可通过该抛光液注入通道注入抛光盘，以实现动压抛光。

在上述结构中，低摩擦气缸6及其活塞均不参与自转运动；可利用中空结构实现动压抛光工艺。

所述公转传动机构包括壳体3，公转减速器2固装在所述壳体3上，公转电机1固装在公转减速器2上，公转电机1驱动公转减速器2，在公转减速器2的输出轴上安装有驱动法兰10，驱动法兰10固定在燕尾槽11上，在燕尾槽11内设有与其滑动连接的燕尾块12，在燕尾块12的下表面上固定有下法兰13，下法兰13通过轴承驱动支撑板8运动，支撑板8固定在二维交叉滚动导轨16上；请参见图2，所述二维交叉滚动导轨16包括与所述支撑板8固接的纵向导轨及其滑块和与所述壳体3固接的横向导轨及其滑块。

以公转电机1驱动行星运动的公转运动，以互相垂直的二维交叉滚动导轨16对做公转旋转的部件位姿形成约束，将转动转化为平转动。

自转传动机构包括固定在所述壳体3上的自转电机4，所述自转电机4通过二级带传动机构7与所述带轮5连接。使自转电机4在不参与公转的前提下实现自转运动的传递。

当驱动法兰10和下法兰13同轴时，由于没有偏心，此时抛光轴仅做自转运动。为了适应不同的加工需求，实现偏心距可以调节，需要设置平衡配重偏心调节装置。

所述平衡配重偏心调节装置：包括调节丝杠18，所述调节丝杠18设有左螺纹段和右螺纹段，所述燕尾槽11通过调节螺母19连接在左螺纹段上，调节螺母19固定在燕尾槽11上，所述配重块14通过螺纹连接在右螺纹段上，所述右螺纹段上的螺距是所述左螺纹段上螺距的两倍；所述调节丝杠19与燕尾块12轴向固定周向转动连接，所述配重块14和所述下法兰13分设在公转电机1的轴线两侧。调节丝杠19与旋柄通过齿槽结构连接，旋柄连接在壳体上，在所述旋柄的外端设有旋钮15，在所述旋钮15和所述壳体之间夹压有复位弹簧。

该平衡配重偏心调节装置是偏心调节与同步质心平衡机构。使用时，旋转旋柄，调节丝杠19带动燕尾块12和配重块14反向同步移动，即可实现对偏心距的调整和配重块随偏心距的反向同步变化。

上述行星抛光装置特点是：自转电机4固定在壳体3上，通过二级带传动机构7，将自转传递给抛光轴9，实现抛光轴行星运动的自转；公转电机1通过平衡配重偏心调节装置和二维交叉滚动导轨16实现行星运动中的公转运动，平衡配重偏心调节装置有益于平衡自转机构实现平转动时由于偏心产生的离心力，减少抛光轴做行星运动时质心偏距带来的离心力影响。抛光轴组件采用低摩擦气缸和母旋转式滚珠花键轴，采用母旋转式滚珠花键轴使抛光轴具有旋转和竖直方向两个自由度；选用低摩擦气缸及滚动花键轴能够减小摩擦力对抛光盘上压力传导的影响，使高精度比例阀的精确压力控制得以实现，抛光轴组件的中空设计还使该抛光装置可实现静压和动压两种抛光模式，从而大幅提高抛光效率。本发明通过带传动机构，实现了合理的空间布局，使装置内单体质量最大的自转电机不随抛光轴做公转运动，因此可有效降低平衡配重偏心调节装置的重量，同时大大地减小自转电机带来的离心力影响，降低横向激振。

本发明的工作原理：

公转电机1和自转电机4采用伺服电机，转速在5000rpm下可做任意调整，以适应去除函数中对转速比的不同要求，实现不同形状的去除函数。公转电机1经减速器2减速后，带动燕尾槽11、燕尾块12转动，燕尾块12经过偏心距离的调整后，和固定在其上的下法兰13一起做固定偏心距的圆周运动，此时配重块14以相同偏心距在公转电机1的轴线对侧同样做对向圆周运动，以降低抛光轴组件及相关零件在运动过程中产生离心力对抛光装置的影响，减小对机器人形成的振动冲击，提高抛光装置控制精度和控制性能，从而实现抛光质量的提高；支撑板8的下方装有二维交叉滚动导轨16，它在下法兰13的驱动下做平转动，带动安装其上的抛光轴组件做平转动；当自转电机和公转电机同时运动时，抛光轴就形成了行星运动。需要调整偏心距时，可以控制公转电机1回到零点位置，此时丝杠的一端对准旋钮15的位置，通过安装在壳体3外部调节旋钮，根据刻度表实现偏心距的手动调整。

自转电机4经过二级带传动机构7的传动，将自转运动传递给固定在支撑板8末端的抛光轴，设计上气缸活塞不随着滚珠花键转动，从而降低气缸密封磨损，提高使用寿命；在抛光轴组件中的运动约束均为滚动摩擦，气缸亦采用具有间隙密封的“无摩擦”气缸，减小摩擦因素对抛光轴施加正压力的控制精度影响；同时在气缸的供气压力控制中使用高精度的电气比例阀，通过以上措施，从而使压力得到有效控制，进而得到与去除函数理论基本一致的材料去除，获得高效、高精度的抛光效果。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种大口径非球面机器人行星抛光装置，包括公转传动机构、自转传动机构、抛光轴组件，其特征在于，该行星抛光装置还包括平衡配重偏心调节装置；

所述抛光轴组件包括低摩擦气缸和母旋转式滚珠花键，所述母旋转式滚珠花键设有花键轴和与其滑动连接的花键母，所述低摩擦气缸的活塞杆通过一个过渡接头和一个旋转接头与所述花键轴连接，所述花键轴作为抛光轴使用，所述过渡接头固接在所述低摩擦气缸的活塞杆下端，所述旋转接头转动连接在所述过渡接头的下端，所述花键轴上固接有带轮，所述花键母固定在支撑板上；

所述公转传动机构包括壳体，在所述壳体上固装有公转减速器，在所述公转减速器上固装有公转电机，所述公转电机驱动所述公转减速器，在所述公转减速器的输出轴上安装有驱动法兰，所述驱动法兰固定在燕尾槽上，在所述燕尾槽的下面设有与其滑动连接的燕尾块，在所述燕尾块的下表面上固定有下法兰，所述下法兰通过轴承驱动所述支撑板运动，所述支撑板固定在二维交叉滚动导轨上；所述二维交叉滚动导轨包括与所述支撑板固接的纵向导轨及其滑块和与所述壳体固接的横向导轨及其滑块；

所述自转传动机构包括固定在所述壳体上的自转电机，所述自转电机通过二级带传动机构与所述带轮连接；

所述平衡配重偏心调节装置包括调节丝杠，所述调节丝杠设有左螺纹段和右螺纹段，所述燕尾槽通过调节螺母连接在所述左螺纹段上，所述调节螺母固定在所述燕尾槽上，所述配重块通过螺纹连接在所述右螺纹段上，所述右螺纹段上的螺距是所述左螺纹段上螺距的两倍；所述调节丝杠与所述燕尾块轴向固定周向转动连接，所述配重块和所述下法兰分设在所述公转电机的轴线两侧；所述调节丝杠与旋柄通过齿槽结构连接，所述旋柄连接在壳体上，在所述旋柄的外端设有旋钮，在所述旋钮和所述壳体之间夹压有复位弹簧。

2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述低摩擦气缸的活塞杆、所述过渡接头、所述旋转接头和所述花键轴均设有相互贯通的中空结构，相互贯通的所述中空结构形成抛光液注入通道。