申请/专利权人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心

申请日：2017-03-14

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN107052947B

主分类号：B24B13/01

分类号：B24B13/01;B24B13/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2017.09.12#实质审查的生效;2017.08.18#公开

摘要：本发明涉及一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，属于非球面镜抛光设备技术领域，包括底座、位于底座上的多个压电陶瓷驱动器和位于压电陶瓷驱动器上方的基盘，还包括多个弹性片，所述弹性片沿其径向安装于底座上表面，且其与压电陶瓷驱动器一对一设置，所述压电陶瓷驱动器沿其轴向安装于底座上表面，且其一端指向底座中心，所述弹性片与压电陶瓷驱动器指向底座中心的一端相抵，压电陶瓷驱动器对弹性片施加挤压力后，弹性片会产生沿其轴向的伸缩量，以改变基盘的面形，本发明增加了抛光盘的径厚比，结构紧凑，显著提高抛光盘在自转时的稳定性以及与工件的吻合性，成本低，有助于延长压电陶瓷驱动器的使用寿命。

主权项：1.一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，包括底座、位于底座上的多个压电陶瓷驱动器和位于压电陶瓷驱动器上方的基盘，其特征在于：还包括多个弹性片，所述弹性片沿其径向安装于底座上表面，且其与压电陶瓷驱动器一对一设置，所述弹性片的顶部与基盘下表面相抵；所述压电陶瓷驱动器沿其轴向安装于底座上表面，且其一端指向底座中心，另一端处设有顶紧件，所述弹性片与压电陶瓷驱动器指向底座中心的一端相抵，压电陶瓷驱动器对弹性片施加挤压力后，弹性片会产生沿其轴向的伸缩量，以改变基盘的面形；所述底座下表面设有导电滑环，所述压电陶瓷驱动器为多个，所述压电陶瓷驱动器分为两圈错位设置，每一个压电陶瓷驱动器上都有一路加载在其上的电压源，各压电陶瓷驱动器通过导电滑环与各自的电压源连接。

全文数据：一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘技术领域[0001]本发明属于非球面镜抛光设备技术领域，具体地说涉及一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘。背景技术[0002]近几年，人们发展了一种计算机控制的可变形抛光盘技术，用于非球面镜抛光。在抛光运动过程中，人们能够随时自动改变抛光盘的形状以适应所到之处的镜面面形。目前，主动抛光盘技术主要分为两类：[0003]—种是基于弯矩驱动器的能动磨盘技术，将多组弯矩驱动器均匀分布在抛光盘背面，施加不同的弯矩于抛光盘上，从而改变抛光盘的曲率，使抛光盘变形，以保证任意时刻、任意位置与加工件吻合。由于弯矩驱动器体积较大，需要足够的空间，因此，这类能动抛光盘只适用于抛光大镜面。[0004]另一种是基于压电陶瓷驱动器的能动抛光盘技术，控制压电陶瓷驱动器变形，改变能动抛光盘的面形，从而使抛光盘在任意时刻、任何位置产生与理想非球面镜的局部表面形状，将工件加工为非球面，这类能动抛光盘可以加工中小口径的非球面镜。但现有的基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，是将压电陶瓷驱动器沿径向安装在基盘上。由于压电陶瓷驱动器的伸缩量与其自身长度成正比，约为长度的千分之一，为了保证抛光盘的形变量，则选用的压电陶瓷驱动器长度不能太短，这将使得抛光盘径厚比非常小，导致抛光盘的稳定性较差。发明内容[0005]发明人在长期实践中发现:在抛光过程中，抛光盘的运动方式多为行星运动，增加抛光盘的径厚比，能够显著提高抛光盘在自转时的稳定性以及与工件的吻合性。针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种径厚比大、适用于中小口径非球面镜抛光的基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘。[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0007]—种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，包括底座、位于底座上的多个压电陶瓷驱动器和位于压电陶瓷驱动器上方的基盘；[0008]还包括多个弹性片，所述弹性片沿其径向安装于底座上表面，且其与压电陶瓷驱动器一对一设置，所述弹性片的顶部与基盘下表面相抵；[0009]所述压电陶瓷驱动器沿其轴向安装于底座上表面，且其一端指向底座中心，另一端处设有顶紧件，所述弹性片与压电陶瓷驱动器指向底座中心的一端相抵，压电陶瓷驱动器对弹性片施加挤压力后，弹性片会产生沿其轴向的伸缩量，以改变基盘的面形；[0010]所述底座下表面设有导电滑环，所述压电陶瓷驱动器通过导电滑环与电压源连接。[0011]进一步，所述基盘为铝制球面薄板。[0012]进一步，压电陶瓷驱动器上加载的电压为Umax2时，基盘产生的面形定义为初始面形;压电陶瓷驱动器上加载的电压为〇〜Umax2时，基盘产生负向形变;压电陶瓷驱动器上加载的电压为Umax2〜Umax时，基盘产生正向形变。[0013]进一步，所述压电陶瓷驱动器的最小伸缩量为纳米级。[00M]进一步，所述压电陶瓷驱动器加载电压后，其沿轴向产生的伸缩量为As，所述弹性片沿其径向产生的伸缩量为ΔX，所述弹性片沿其轴向产生的伸缩量为Δy，且ΔS=ΔX，Δy=nXΔX，其中，η表示由径向转移到轴向位移的放大量。[0015]进一步，在基盘面积特定的前提下，增加所述压电陶瓷驱动器的个数，提高基盘的面形精度。[0016]进一步，所述底座和基盘之间设有固定盘，所述固定盘内开设长条槽，所述压电陶瓷驱动器、弹性片均位于长条槽内，所述顶紧件位于固定盘的边缘处，并与压电陶瓷驱动器的端部相抵。[0017]进一步，所述压电陶瓷驱动器上方设有支撑盘，所述支撑盘内开设凹槽，所述基盘位于凹槽内，且基盘上表面高于支撑盘上表面，所述凹槽内对应弹性片处设有凸起，且凸起与弹性片的个数相等，所述凸起的顶部与基盘的下表面相抵，所述弹性片的顶部与支撑盘的下表面相抵。[0018]进一步，所述压电陶瓷驱动器呈对称式安装于底座上表面。[0019]进一步，所述支撑盘为铝制结构或者钢制结构。[0020]本发明的有益效果是：[0021]1、将压电陶瓷驱动器和弹性片组合，共同作用改变基盘的面形。将压电陶瓷驱动器沿其轴向放置，通过改变加载到其上的电压使其产生伸缩量，通过压电陶瓷驱动器挤压弹性片，使弹性片产生沿其轴向的伸缩量，促使基盘上各相应点产生垂直方向的位移，从而改变整个基盘的面形。由于压电陶瓷驱动器沿其轴向放置，通过选择横截面较小的压电陶瓷驱动器，增加抛光盘的径厚比，结构紧凑，显著提高抛光盘在自转时的稳定性以及与工件的吻合性，成本低。[0022]2、由于电压源能够提供正电压和负电压，正电压促使压电陶瓷驱动器伸长并产生一定的伸缩量，所述伸缩量定义为正向位移，负电压促使压电陶瓷驱动器收缩并产生一定的伸缩量，所述伸缩量定义为负向位移，本发明仅利用压电陶瓷驱动器的正向位移，有助于延长压电陶瓷驱动器的使用寿命。附图说明[0023]图1是本发明的整体结构示意图；[0024]图2是本发明1另一种实施方式的结构示意图；[0025]图3是图2的拆解结构不意图；[0026]图4是图3中A处局部结构示意图。[0027]附图中：1_底座、2-压电陶瓷驱动器、3-弹性片、4-基盘、5-导电滑环、6-固定盘、7-支撑盘、8-长条槽、9-凹槽、10-凸起。具体实施方式[0028]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。[0029]实施例一：[0030]如图1所示，一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，包括底座1、1个压电陶瓷驱动器2、1个弹性片3和基盘4,也就是说，弹性片3与压电陶瓷驱动器2—对一设置，所述压电陶瓷驱动器2位于底座1的上表面，所述基盘4位于压电陶瓷驱动器2上方，所述底座1下表面设有导电滑环5,所述压电陶瓷驱动器2通过导电滑环5与电压源连接，所述基盘4为铝制球面薄板。[0031]所述弹性片3沿其径向安装于底座1上表面，为了增加抛光盘的径厚比，所述压电陶瓷驱动器2沿其轴向安装于底座1上表面，且其一端指向底座1中心，另一端处设有顶紧件，增强稳定性。所述弹性片3与压电陶瓷驱动器2指向底座1中心的一端相抵，压电陶瓷驱动器2加载电压后产生伸缩量，进而对弹性片3施加挤压力，促使弹性片3产生沿其轴向的伸缩量，由于所述弹性片3的顶部与基盘4下表面相抵，进而改变基盘4的面形。[0032]压电陶瓷驱动器2对应的电压源调节范围为Umin〜Umax，压电陶瓷驱动器2上加载的电压为Umax2时，基盘4产生的面形定义为初始面形，因此，压电陶瓷驱动器2上加载的电压为0〜Umax2时，基盘4产生负向形变，压电陶瓷驱动器2上加载的电压为Umax2〜Umax时，基盘4产生正向形变。为了使得基盘4产生高精度的非球面面形，所述压电陶瓷驱动器2的最小伸缩量为纳米级。所述压电陶瓷驱动器2加载电压后，沿轴向产生的伸缩量为As，所述弹性片3沿其径向、轴向产生的伸缩量分别为Ax、Ay，且As=Ax，Ay=nXΔX，其中，η表示由径向转移到轴向位移的放大量，由弹性片3的形状和材质决定。[0033]在基盘4面积特定的前提下，通过增加所述压电陶瓷驱动器2的个数，提高基盘4的面形精度。作为优选，所述压电陶瓷驱动器2呈对称式安装于底座1上表面。[0034]本实施例中，基盘4口径为IOOmm，底座1口径为100mm，抛光盘整体厚度为20mm，压电陶瓷驱动器2和弹性片3分别为1个，压电陶瓷驱动器2的口径为7mmX7mm，长度为38mm，伸缩量范围为_6μπι〜36μπι，最小伸缩量为10nm，电压源调节范围为-20V〜120V。压电陶瓷驱动%X丨J器2上加载的电压U与其伸缩量关系为:As=nhm,另外，ΛS=ΔX，Δy=1.5XΔX。[0035]首先，加载60V电压到每个压电陶瓷驱动器2上，将此时基盘4产生的面形定义为初始面形，然后，加载电压为60V〜120V时，基盘4产生正向形变，加载0〜60V时，基盘4产生负向形变。仅利用电压源提供的正电压，促使压电陶瓷驱动器2伸长并产生一定的伸缩量，所述伸缩量定义为正向位移，也就是说，本发明仅利用压电陶瓷驱动器2的正向位移，有助于延长压电陶瓷驱动器2的使用寿命。[0036]实施例二：[0037]如图2-4所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：[0038]所述底座1和基盘4之间设有固定盘6,用于安装压电陶瓷驱动器2、弹性片3,所述固定盘6内开设长条槽8,所述压电陶瓷驱动器2、弹性片3均位于长条槽8内，所述顶紧件位于固定盘6的边缘处，并与压电陶瓷驱动器2的端部相抵。[0039]所述压电陶瓷驱动器2上方设有铝制结构或者钢制结构的支撑盘7,所述支撑盘7内开设凹槽9，所述基盘4位于凹槽9内，且基盘4上表面高于支撑盘7上表面，便于基盘4对非球面镜抛光，所述凹槽9内对应弹性片3处设有凸起10,且凸起10与弹性片3的个数相等，所述凸起10的顶部与基盘4的下表面相抵，所述弹性片3的顶部与支撑盘7的下表面相抵，也就是说，弹性片3产生的沿其轴向的伸缩量，通过凸起10传递到基盘4下表面，进而改变基盘4的面形，所述底座1、固定盘6、支撑盘7通过螺栓固定。[0040]本实施例中，基盘4口径为IOOmm，底座1口径为175mm，抛光盘整体厚度为20mm，所述基盘4上表面比支撑盘7上表面高1mm，压电陶瓷驱动器2和弹性片3分别为16个，所述压电陶瓷驱动器2分为两圈错位设置，每圈各设8个，每一个压电陶瓷驱动器2上都有一路加载在其上的电压源，各压电陶瓷驱动器2通过导电滑环5与各自的电压源连接。压电陶瓷驱动器2的口径为7mmX7mm，长度为38mm，伸缩量范围为-6μηι〜36μηι，最小伸缩量为IOnm，电压源调节范围为-20V〜120V。压电陶瓷驱动器2上加载的电压U与伸缩量关系为另夕卜，As=Δχ，Ay=〇.7XΔχ。[0041]以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

权利要求：1.一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，包括底座、位于底座上的多个压电陶瓷驱动器和位于压电陶瓷驱动器上方的基盘，其特征在于：还包括多个弹性片，所述弹性片沿其径向安装于底座上表面，且其与压电陶瓷驱动器一对一设置，所述弹性片的顶部与基盘下表面相抵；所述压电陶瓷驱动器沿其轴向安装于底座上表面，且其一端指向底座中心，另一端处设有顶紧件，所述弹性片与压电陶瓷驱动器指向底座中心的一端相抵，压电陶瓷驱动器对弹性片施加挤压力后，弹性片会产生沿其轴向的伸缩量，以改变基盘的面形；所述底座下表面设有导电滑环，所述压电陶瓷驱动器通过导电滑环与电压源连接。2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述基盘为铝制球面薄板。3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:压电陶瓷驱动器上加载的电压为Umax2时，基盘产生的面形定义为初始面形;压电陶瓷驱动器上加载的电压为〇〜Umax2时，基盘产生负向形变;压电陶瓷驱动器上加载的电压为Umax2〜Umax时，基盘产生正向形变。4.根据权利要求3所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述压电陶瓷驱动器的最小伸缩量为纳米级。5.根据权利要求3所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述压电陶瓷驱动器加载电压后，其沿轴向产生的伸缩量为As，所述弹性片沿其径向产生的伸缩量为AX，所述弹性片沿其轴向产生的伸缩量为Ay，且AS=ΔX，Δy=nXΔX，其中，η表示由径向转移到轴向位移的放大量。6.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:在基盘面积特定的前提下，增加所述压电陶瓷驱动器的个数，提高基盘的面形精度。7.根据权利要求6所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述底座和基盘之间设有固定盘，所述固定盘内开设长条槽，所述压电陶瓷驱动器、弹性片均位于长条槽内，所述顶紧件位于固定盘的边缘处，并与压电陶瓷驱动器的端部相抵。8.根据权利要求1-7任一所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器上方设有支撑盘，所述支撑盘内开设凹槽，所述基盘位于凹槽内，且基盘上表面高于支撑盘上表面，所述凹槽内对应弹性片处设有凸起，且凸起与弹性片的个数相等，所述凸起的顶部与基盘的下表面相抵，所述弹性片的顶部与支撑盘的下表面相抵。9.根据权利要求8所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述压电陶瓷驱动器呈对称式安装于底座上表面。10.根据权利要求8所述的一种基于压电陶瓷驱动器的变形抛光盘，其特征在于:所述支撑盘为铝制结构或者钢制结构。

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