非球面光学元件加工检测方法的研究.pdf

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1、精密制造与自动化2012年第2期非球面光学元件加工检测方法的研究师路欢(许昌学院电气信息工程学院河南许昌461000)摘要对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究，得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中，其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴(轴)、砂轮旋转轴(轴)、：件平移轴(轴)、砂轮平移轴(y轴)、砂轮回转轴(c轴)的位置和速度所进行的检测，证明了所使用的检测方法是可靠的，能『0地完成对非球面光学元件加工过程的检测，实现了非球面光学

2、元件的精密磨削，满足了设计的要求。关键词非球面磨削榆测补偿伺服系统目前，我国对非球面光学元件的加工仍处于起系统采用精密数控系统控制机床各轴的进给，每个步阶段，加工精度不高、效率低，在加工过程中的伺服轴由高精密光栅测量进给精度并反馈到计检测问题是影响加工精度的主要因素。、非球面光学算机，实现高精度进给(伺服进给精度达到1txm)。元件的加工全过程一般分为三个阶段，即铣磨A轴B轴成型、精磨和抛光。抛光阶段基本上不改变被加工表面的顶点曲率半径与偏心率，材料去除量很小，故要求在精磨阶段对表面的顶点曲率半径

3、和偏C轴心率进行严格地控制。要保证精磨阶段的精度就必y轴须对一次加工后工件的面形进行精密地测量，测量结果经过数据处理后用来指导补偿加工，需要反复经过“加工一检测一再加工一再检测”才能达到精磨阶段加工精度的要求。精磨阶段的测量与数据处理技术是非球面加工技术的关键，正确的误差图1机床总体结构图分析、合理的检测方法以及直观过硬的数据处理是得到理想非球面镜面形的有力保证。1．2系统加工原理在高精度非球面磨削加工中，可以使用平面砂1加工原理与加工系统轮、圆弧砂轮、球面砂轮进行加工。目前平面砂轮光学元件的加工

4、系统主要由电气控制系统、伺只能加工凸面非球面，如果用其加工凹面非球面会服系统、机械部分及液压系统组成。产生干涉；而圆弧砂轮可以加工的凹面部分，基础1．1机床结构及工艺半径应该比该圆弧砂轮的圆弧部分半径(球面砂轮机床主要由工件旋转轴(轴)、砂轮旋转轴(可以加工的凹面基础半径必须比该砂轮半径大)。但轴)、工件平移轴(、砂轮平移轴(Y、砂轮由于圆弧砂轮和球面砂轮的修整相对于平面砂轮的回转轴(C轴)构成。机床总体结构如图1所示。修整所能达到的精度有限，修整时间较长，测量困其中，两个旋转轴(轴、轴)相对于其

5、它难，所以可以使用平面砂轮加工的工件原则上应优轴是独立的，带动工件和砂轮的旋转，工件和砂轮的先采用平面砂轮加工。加工时，以轴对称非球面工旋转也是相互独立的；轴、y轴、c轴是三个联动的件中心为起始点，加工点沿轴对称非球面母线运轴，轴、y轴为直线伺服驱动轴，轴带动工件沿动，同时工件绕其旋转轴旋转，这样在工件表面形方向移动，y轴带动砂轮沿】，方向(与垂直的方成了螺旋状的加工轨迹。向)移动；砂轮伺服摆动轴C轴带动砂轮轴进行摆1．3补偿加工原理动，保证砂轮外圆的某点始终和被加工的透镜相切。在对高精度的光学元

6、件进行精密加工过程中，仅进38师路欢非球面光学元件加工检测方法的研究行一次加工是无法达到精度要求的。补偿加工轨迹如图2所示。补偿加工前，要根据砂轮的初始加工轨迹，拟合出一条连续的误差曲线，拟合曲线与理想轨迹(由非球面公式计算得到)之差就是补偿加工的进给量。图3X轴、l，轴双闭环控制原理框图进给量出Ll整测量装雹I。图2补偿加工原理示意图图4A轴、轴、c轴控制原理框图传感器测出初始加工后工件曲面与理想曲面的误差，测得误差数据后必须首先滤去粗大误差，并砂轮轴转速：2000r／min根据实测数据拟合出叠

7、加于轴对称非球面母线上的向的移动行程：280mnl误差连续曲线，而后生成补偿加工所需的数据，送】，向的移动行程：1501TI1TI入补偿加工系统生成NC程序，进行数次反复的补向和y向的移动速度：800mm／min偿加工之后，达到目标精度。补偿加工参数由系统向和】，向的定位精度：±2哪(全行程)输入模块输入补偿加工系统。】，轴的移动分辨率：0．1mC轴的回转范围：±20。2伺服系统中位置和速度的检测C轴的回转速度：180。／min大口径非球面光学元件的加工是通过数控系统C轴的定位精度：±4”控制伺服

8、电机使机床五轴运动(其中三轴联动，另C轴的回转分辨率：0．0001。外两个轴独立运动)来实现的。为了保证工件和砂2．2工件和砂轮水平位移的测量轮进给的精确性，以及实现限位控制(当工件或砂在轴和y轴闭环控制系统中，需要采用直线轮移动到最大限位时自动停止)，在进给过程中，要光栅尺测量机床工作台的位置。光栅尺测量是根对工件和砂轮的直线位移进行实时检测，并反馈给据波动光学中光的干涉和衍射特性，利用光通过相数控系统，同时还要控制工件和砂轮的进给速叠的两片光栅片时所形成的莫尔条纹的原理进行测度