非球面光学元件加工检测方法的研究.pdfVIP

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