一種基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟的製作方法
2024-03-04 19:48:15
本發明屬於非球面鏡拋光設備技術領域，具體地說涉及一種基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟。
背景技術：
近幾年，人們發展了一種計算機控制的可變形拋光碟技術，用於非球面鏡拋光。在拋光運動過程中，人們能夠隨時自動改變拋光碟的形狀以適應所到之處的鏡面面形。目前，主動拋光碟技術主要分為兩類：
一種是基於彎矩驅動器的能動磨盤技術，將多組彎矩驅動器均勻分布在拋光碟背面，施加不同的彎矩於拋光碟上，從而改變拋光碟的曲率，使拋光碟變形，以保證任意時刻、任意位置與加工件吻合。由於彎矩驅動器體積較大，需要足夠的空間，因此，這類能動拋光碟只適用於拋光大鏡面。
另一種是基於壓電陶瓷驅動器的能動拋光碟技術，控制壓電陶瓷驅動器變形，改變能動拋光碟的面形，從而使拋光碟在任意時刻、任何位置產生與理想非球面鏡的局部表面形狀，將工件加工為非球面，這類能動拋光碟可以加工中小口徑的非球面鏡。但現有的基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟，是將壓電陶瓷驅動器沿徑向安裝在基盤上。由於壓電陶瓷驅動器的伸縮量與其自身長度成正比，約為長度的千分之一，為了保證拋光碟的形變量，則選用的壓電陶瓷驅動器長度不能太短，這將使得拋光碟徑厚比非常小，導致拋光碟的穩定性較差。
技術實現要素：
發明人在長期實踐中發現：在拋光過程中，拋光碟的運動方式多為行星運動，增加拋光碟的徑厚比，能夠顯著提高拋光碟在自轉時的穩定性以及與工件的吻合性。針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，現提出一種徑厚比大、適用於中小口徑非球面鏡拋光的基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟，包括底座、位於底座上的多個壓電陶瓷驅動器和位於壓電陶瓷驅動器上方的基盤；
還包括多個彈性片，所述彈性片沿其徑向安裝於底座上表面，且其與壓電陶瓷驅動器一對一設置，所述彈性片的頂部與基盤下表面相抵；
所述壓電陶瓷驅動器沿其軸向安裝於底座上表面，且其一端指向底座中心，另一端處設有頂緊件，所述彈性片與壓電陶瓷驅動器指向底座中心的一端相抵，壓電陶瓷驅動器對彈性片施加擠壓力後，彈性片會產生沿其軸向的伸縮量，以改變基盤的面形；
所述底座下表面設有導電滑環，所述壓電陶瓷驅動器通過導電滑環與電壓源連接。
進一步，所述基盤為鋁製球面薄板。
進一步，壓電陶瓷驅動器上加載的電壓為umax/2時，基盤產生的面形定義為初始面形；壓電陶瓷驅動器上加載的電壓為0～umax/2時，基盤產生負向形變；壓電陶瓷驅動器上加載的電壓為umax/2～umax時，基盤產生正向形變。
進一步，所述壓電陶瓷驅動器的最小伸縮量為納米級。
進一步，所述壓電陶瓷驅動器加載電壓後，其沿軸向產生的伸縮量為δs，所述彈性片沿其徑向產生的伸縮量為δx，所述彈性片沿其軸向產生的伸縮量為δy，且δs＝δx，δy＝n×δx，其中，n表示由徑向轉移到軸向位移的放大量。
進一步，在基盤面積特定的前提下，增加所述壓電陶瓷驅動器的個數，提高基盤的面形精度。
進一步，所述底座和基盤之間設有固定盤，所述固定盤內開設長條槽，所述壓電陶瓷驅動器、彈性片均位於長條槽內，所述頂緊件位於固定盤的邊緣處，並與壓電陶瓷驅動器的端部相抵。
進一步，所述壓電陶瓷驅動器上方設有支撐盤，所述支撐盤內開設凹槽，所述基盤位於凹槽內，且基盤上表面高於支撐盤上表面，所述凹槽內對應彈性片處設有凸起，且凸起與彈性片的個數相等，所述凸起的頂部與基盤的下表面相抵，所述彈性片的頂部與支撐盤的下表面相抵。
進一步，所述壓電陶瓷驅動器呈對稱式安裝於底座上表面。
進一步，所述支撐盤為鋁製結構或者鋼製結構。
本發明的有益效果是：
1、將壓電陶瓷驅動器和彈性片組合，共同作用改變基盤的面形。將壓電陶瓷驅動器沿其軸向放置，通過改變加載到其上的電壓使其產生伸縮量，通過壓電陶瓷驅動器擠壓彈性片，使彈性片產生沿其軸向的伸縮量，促使基盤上各相應點產生垂直方向的位移，從而改變整個基盤的面形。由於壓電陶瓷驅動器沿其軸向放置，通過選擇橫截面較小的壓電陶瓷驅動器，增加拋光碟的徑厚比，結構緊湊，顯著提高拋光碟在自轉時的穩定性以及與工件的吻合性，成本低。
2、由於電壓源能夠提供正電壓和負電壓，正電壓促使壓電陶瓷驅動器伸長並產生一定的伸縮量，所述伸縮量定義為正向位移，負電壓促使壓電陶瓷驅動器收縮並產生一定的伸縮量，所述伸縮量定義為負向位移，本發明僅利用壓電陶瓷驅動器的正向位移，有助於延長壓電陶瓷驅動器的使用壽命。
附圖說明
圖1是本發明的整體結構示意圖；
圖2是本發明l另一種實施方式的結構示意圖；
圖3是圖2的拆解結構示意圖；
圖4是圖3中a處局部結構示意圖。
附圖中：1-底座、2-壓電陶瓷驅動器、3-彈性片、4-基盤、5-導電滑環、6-固定盤、7-支撐盤、8-長條槽、9-凹槽、10-凸起。
具體實施方式
為了使本領域的人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。此外，以下實施例中提到的方向用詞，例如「上」「下」「左」「右」等僅是參考附圖的方向，因此，使用的方向用詞是用來說明而非限制本發明創造。
實施例一：
如圖1所示，一種基於壓電陶瓷驅動器的變形拋光碟，包括底座1、1個壓電陶瓷驅動器2、1個彈性片3和基盤4，也就是說，彈性片3與壓電陶瓷驅動器2一對一設置，所述壓電陶瓷驅動器2位於底座1的上表面，所述基盤4位於壓電陶瓷驅動器2上方，所述底座1下表面設有導電滑環5，所述壓電陶瓷驅動器2通過導電滑環5與電壓源連接，所述基盤4為鋁製球面薄板。
所述彈性片3沿其徑向安裝於底座1上表面，為了增加拋光碟的徑厚比，所述壓電陶瓷驅動器2沿其軸向安裝於底座1上表面，且其一端指向底座1中心，另一端處設有頂緊件，增強穩定性。所述彈性片3與壓電陶瓷驅動器2指向底座1中心的一端相抵，壓電陶瓷驅動器2加載電壓後產生伸縮量，進而對彈性片3施加擠壓力，促使彈性片3產生沿其軸向的伸縮量，由於所述彈性片3的頂部與基盤4下表面相抵，進而改變基盤4的面形。
壓電陶瓷驅動器2對應的電壓源調節範圍為umin～umax，壓電陶瓷驅動器2上加載的電壓為umax/2時，基盤4產生的面形定義為初始面形，因此，壓電陶瓷驅動器2上加載的電壓為0～umax/2時，基盤4產生負向形變，壓電陶瓷驅動器2上加載的電壓為umax/2～umax時，基盤4產生正向形變。為了使得基盤4產生高精度的非球面面形，所述壓電陶瓷驅動器2的最小伸縮量為納米級。所述壓電陶瓷驅動器2加載電壓後，沿軸向產生的伸縮量為δs，所述彈性片3沿其徑向、軸向產生的伸縮量分別為δx、δy，且δs＝δx，δy＝n×δx，其中，n表示由徑向轉移到軸向位移的放大量，由彈性片3的形狀和材質決定。
在基盤4面積特定的前提下，通過增加所述壓電陶瓷驅動器2的個數，提高基盤4的面形精度。作為優選，所述壓電陶瓷驅動器2呈對稱式安裝於底座1上表面。
本實施例中，基盤4口徑為100mm，底座1口徑為100mm，拋光碟整體厚度為20mm，壓電陶瓷驅動器2和彈性片3分別為1個，壓電陶瓷驅動器2的口徑為7mm×7mm，長度為38mm，伸縮量範圍為-6μm～36μm，最小伸縮量為10nm，電壓源調節範圍為-20v～120v。壓電陶瓷驅動器2上加載的電壓u與其伸縮量關係為：另外，δs＝δx，δy＝1.5×δx。
首先，加載60v電壓到每個壓電陶瓷驅動器2上，將此時基盤4產生的面形定義為初始面形，然後，加載電壓為60v～120v時，基盤4產生正向形變，加載0～60v時，基盤4產生負向形變。僅利用電壓源提供的正電壓，促使壓電陶瓷驅動器2伸長並產生一定的伸縮量，所述伸縮量定義為正向位移，也就是說，本發明僅利用壓電陶瓷驅動器2的正向位移，有助於延長壓電陶瓷驅動器2的使用壽命。
實施例二：
如圖2-4所示，本實施例與實施例一相同的部分不再贅述，不同的是：
所述底座1和基盤4之間設有固定盤6，用於安裝壓電陶瓷驅動器2、彈性片3，所述固定盤6內開設長條槽8，所述壓電陶瓷驅動器2、彈性片3均位於長條槽8內，所述頂緊件位於固定盤6的邊緣處，並與壓電陶瓷驅動器2的端部相抵。
所述壓電陶瓷驅動器2上方設有鋁製結構或者鋼製結構的支撐盤7，所述支撐盤7內開設凹槽9，所述基盤4位於凹槽9內，且基盤4上表面高於支撐盤7上表面，便於基盤4對非球面鏡拋光，所述凹槽9內對應彈性片3處設有凸起10，且凸起10與彈性片3的個數相等，所述凸起10的頂部與基盤4的下表面相抵，所述彈性片3的頂部與支撐盤7的下表面相抵，也就是說，彈性片3產生的沿其軸向的伸縮量，通過凸起10傳遞到基盤4下表面，進而改變基盤4的面形，所述底座1、固定盤6、支撐盤7通過螺栓固定。
本實施例中，基盤4口徑為100mm，底座1口徑為175mm，拋光碟整體厚度為20mm，所述基盤4上表面比支撐盤7上表面高1mm，壓電陶瓷驅動器2和彈性片3分別為16個，所述壓電陶瓷驅動器2分為兩圈錯位設置，每圈各設8個，每一個壓電陶瓷驅動器2上都有一路加載在其上的電壓源，各壓電陶瓷驅動器2通過導電滑環5與各自的電壓源連接。壓電陶瓷驅動器2的口徑為7mm×7mm，長度為38mm，伸縮量範圍為-6μm～36μm，最小伸縮量為10nm，電壓源調節範圍為-20v～120v。壓電陶瓷驅動器2上加載的電壓u與伸縮量關係為：另外，δs＝δx，δy＝0.7×δx。
以上已將本發明做一詳細說明，以上所述，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能限定本發明實施範圍，即凡依本申請範圍所作均等變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋範圍內。