一種自適應拋光磨頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學冷加工技術領域，特別提供了一種自適應拋光磨頭，尤其適用于非球面光學零件的加工。
【背景技術】
[0002]非球面光學零件可顯著簡化系統、改善像質、減小系統的外尺寸及重量，因此，隨著科學技術的不斷發展，非球面光學零件的制造需求顯著增加，尤其在光刻物鏡光學系統中，高精度非球面光學零件的數量占總光學零件數量的50%以上。由于非球面具有唯一光軸，同時非球面上各點曲率半徑存在明顯差異，因此普通球面拋光工藝無法解決非球面預拋光加工問題，目前多采用小磨頭拋光工藝進行非球面預拋光。然而，小磨頭預拋光非球面殘留中頻誤差較大，在對非球面中頻誤差要求極嚴格的情況下難以獲得滿足系統要求的非球面加工結果，例如在高NA光刻物鏡光學系統中，高精度非球面光學零件通常具有偏離度大于1mm、梯度大于3°等特征，非球面中頻指標需優于0.5nmRMS，顯著增加了制造難度，普通小磨頭預拋光難以滿足上述加工需求。
[0003]申請號為201310034268.2的中國專利公開了一項名為“一種雙柔性自適應拋光磨頭”的技術方案，該方案所述的拋光磨頭采用柔性層作為拋光模與非球面貼合的變形層，實現了一種非球面柔性自適應拋光磨頭。該方案的局限在于柔性層伸縮量較小，在拋光偏離量較大的非球面時存在伸縮量不足的問題。
[0004]因此，如何解決上述問題，成為人們亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]
鑒于此，本發明的目的在于提供一種自適應拋光磨頭，以至少解決現有非球面拋光技術中存在的拋光磨頭與拋光加工面的貼合度低，合盤效果差，影響拋光質量等問題。
[0006]本發明提供的技術方案，具體為，一種自適應拋光磨頭，其特征在于，包括:
法蘭基座I;
磨頭基座2，其位于所述法蘭基座I的下方，且與所述法蘭基座I同心裝配；
磨頭單元3，其分布設置于所述磨頭基座2的下表面；
其中，所述磨頭單元3，包括，
子基座31，其一端與所述磨頭基座2的下表面固定連接，且在所述子基座31內設置有貫通上下的腔體311 ；
子磨頭32，其具有連接部和拋光部，其中，所述連接部位于所述腔體311內，與所述腔體311的內壁間隙配合，且所述連接部的端部與所述磨頭基座2的下表面彈性相接；
子基套33，其套裝于所述子基座31和所述子磨頭32的外部，用于對所述子磨頭32進行移動限位。
[0007]優選，所述磨頭基座2的下表面為弧面，且所述弧面的曲率半徑與拋光加工面的最佳擬合球面曲率半徑相關。
[0008]進一步優選，所述磨頭基座2的下表面曲率半徑Rl具體為:Rl=R_H+2 mm ；
其中，所述R為拋光加工面的最佳擬合球面曲率半徑，所述H為所述磨頭單元3空載條件下的高度。
[0009]進一步優選，所述子磨頭32連接部的端部通過壓簧34與所述磨頭基座2的下表面彈性相接，所述壓簧34位于所述子基座31的腔體311內，其一端與所述子磨頭32連接部相抵，另一端與所述磨頭基座2的下表面相抵。
[0010]進一步優選，所述子磨頭32連接部的端面設置有盲孔3211，所述壓簧34與所述子磨頭32連接部相抵的一端位于所述盲孔3211內。
[0011]進一步優選，所述子磨頭32包括:
活塞321，其上設置有限位塊3212與所述子基套33配合；
拋光模基底322，其上表面與所述活塞321的端部固定連接；
拋光模323，其固定設置于所述拋光模基底322的下表面。
[0012]進一步優選，所述拋光模323的材料為聚氨酯或瀝青。
[0013]進一步優選，所述磨頭單元3在所述磨頭基座2的下表面呈多環同心狀或者正交矩陣狀分布。
[0014]進一步優選，所述磨頭單元3的數量為3~100個。
[0015]本發明提供的自適應拋光磨頭，進行拋光工作時，各磨頭單元中的子磨頭拋光部會被壓到拋光加工面中，此時，各子磨頭便會依據拋光加工面，與磨頭基座下表面之間進行彈性伸縮，相對子基座進行自適應性移動，提高分布設置于磨頭基座下表面的磨頭單元整體與拋光加工面的貼合度，改善拋光效果，使其適用于非球面的拋光加工，實現高效面形加工。
[0016]本發明提供的自適應拋光磨頭，能夠有效提高磨頭整體與非球面拋光加工面的貼合度，可適合大偏離度非球面的預拋光加工，具有加工精度高、結構簡單，設計合理等優點。
【附圖說明】
[0017]圖1為自適應拋光磨頭的結構示意圖；
圖2為磨頭單元的結構示意圖；
圖3為磨頭單元多環同心狀分布示意圖；
圖4為磨頭單元正交矩陣狀分布示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面以具體的實施方案對本發明進行進一步解釋，但是并不用于限制本發明的保護范圍。
[0019]為了解決現有非球面拋光技術中存在的拋光磨頭與拋光加工面的貼合度低，合盤效果差，影響拋光質量等問題，本實施方案提供了一種自適應拋光磨頭，其適應性強、與拋光加工面的貼合度高，具體結構，可參見圖1，包括:法蘭基座1，在法蘭基座I的下方通過緊固螺絲同心裝配有磨頭基座2，在磨頭基座2的下表面分布設置有磨頭單元3，其中，所述磨頭單元3，參見圖1、圖2，包括，子基座31、子磨頭32和子基套33，子基座31的一端與磨頭基座2的下表面固定連接，且在子基座31的內部設置有貫通上下的腔體311 ;子磨頭32，其具有連接部和拋光部，其中，連接部位于腔體311內，與腔體311的內壁間隙配合，且子磨頭32連接部與磨頭基座2的下表面彈性相接，使子磨頭32通過與磨頭基座2之間的彈性伸縮，完成子磨頭32沿著子基座31的腔體311進行移動，以適應不同的拋光加工曲面，在子基座31和子磨頭32的外部套裝有子基套33，該子基套33可對子磨頭32進行移動限位，限制子磨頭32的移動行程。
[0020]該自適應拋光磨頭的拋光加工過程為，將拋光加工面放置于磨頭的下方，各磨頭單元中子磨頭的拋光部均直接與拋光加工面相接，此時，各子磨頭會根據拋光加工面通過與磨頭基座下表面之間的彈性相接，完成彈性伸縮，相對子基座進行自適應位移，實現各個子磨頭拋光部均與拋光加工面完全貼合，提高合盤效果，改善拋光質量。
[0021]作為技術方案的改進，參見圖1，所述磨頭基座2的下表面為弧面，且所述弧面的曲率半徑與拋光加工面的最佳擬合球面曲率半徑相關，優選，所述磨頭基座2的下表面曲率半徑Ri具體為:Rl=R-H+2mm ；
其中，所述R為拋光加工面的最佳擬合球面曲率半徑，所述H為所述磨頭單元3空載條件下的高度。
[0022]其中，最佳擬合球面的曲率半徑為:基于拋光加工面的非球面方程，利用最小二乘法確定一個球面曲率半徑R，使該球面與非球面在空間上各對應點之間偏差的方差最小，此時R即為最佳擬合球的曲率半徑；磨頭單元3空載條件下的高度是指:在空載狀態下，由子基座與磨頭基座下表面連接端到子磨頭拋光部端部的距離。
[0023]作為技術方案的進一步改進，參見圖1、圖2，所述子磨頭32連接部的端部通過壓簧34與所述磨頭基座2的下表面彈性