基于三轴联动小磨头抛光机类平面加工非球面的方法与流程

1.本发明属于光学数控加工领域，涉及小磨头抛光机加工非球面光学元件，尤其适用于三轴联动小磨头抛光机加工非球面元件。


背景技术：

2.小磨头抛光机是一种广泛应用于光学抛光中的数控抛光设备，五轴联动小磨头抛光机可加工各种平面、球面和非球面元件，由计算机控制小磨头根据已测得的面形在被抛光表面按照不同的速度进行运动，得到较高的加工精度。小磨头抛光机既能达到很高的低频面形精度要求，而且对于中高频也有很高的加工能力，是一种用途广泛的光学加工机床。由于加工时磨头旋转轴沿被加工曲面法线与表面接触，所以需要x、y、z、a、b五轴相互配合，进行加工。有些小磨头机床受限于制造成本，会省去b轴，这样的机床只能沿螺旋路径加工非球面，相比于光栅路径，螺旋路径对元件中心区域收敛效果差，不能得到理想的加工结果。所以缺少b轴的小磨头抛光机不具备非球面高精度修形能力。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种基于三轴联动小磨头抛光机类光学平面加工非球面的方法，该方法仅利用x、y两轴联动，可实现非球面的高精度抛光，有利于原机床的加工精度和加工效率，增加了机床的使用范围。
4.本发明的技术解决方案如下：
5.一种非球面类平面加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：
6.步骤一：利用干涉仪测量非球面元件面形；
7.步骤二：将测量得到的p
i
(x
i
，y
i
，z
i
)按照下列公式进行坐标变换，得到新的坐标p’i
(x’i
，y’i
，z
i
)：
[0008][0009][0010]
式中，r为元件的半径，d为元件的口径，f为焦距；
[0011]
步骤三：将步骤二得到新的面形数据导入小磨头抛光机软件，输入加工元件类型为平面，路径为光栅路径，生成加工代码；
[0012]
步骤四：利用加工代码对非球面元件进行加工；
[0013]
步骤五：利用干涉仪测量非球面元件面形，若面形数据达标则结束加工，若未达
标，则重复步骤二到步骤四，反复迭代多次，直到面形达到要求。
[0014]
该方法适用于元件抛亮后的精修面形阶段，利用干涉仪测量的结果。
[0015]
该方法适用于总矢高a不大于5mm的非球面元件，包括凸非球面和凹非球面。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果：现有技术条件中，三轴联动(x、y、z轴)和四轴联动(x、y、z、a轴)小磨头抛光机无法利用光栅路径加工非球面镜，而螺旋路径收敛效果差，很少用于非球面镜的加工过程中。本发明已经应用于非球面镜的加工中，收敛性好，
附图说明
[0017]
图1为本发明小磨头抛光机加工非球面元件最佳实施例的结构示意图，1为所需加工的非球面元件，2为小磨头抛光机抛光头；
[0018]
图2为坐标变换示意图；
[0019]
图3为应用本发明所示的方法加工的非球面镜面形图，pv值优于1/4λ，rms值优于1/30λ。
具体实施方式
[0020]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、系统的阐述。显然，本次所阐述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域中普通技术人员在不需要做出创造性劳动的前提下，所获得的其他所有实施例，均在本发明保护范围之内。
[0021]
以半径r＝700mm，口径d＝150mm，焦距f＝350mm的抛物面镜为例，介绍本方法的实施过程。
[0022]
一种非球面类平面加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：
[0023]
步骤一：搭建测量光路，利用干涉仪测量非球面元件面形，保存面形数据；
[0024]
步骤二：将测量得到的p
i
(x
i
，y
i
，z
i
)按照下列公式进行坐标变换，得到新的坐标p’i
(x’i
，y’i
，z
i
)：
[0025][0026][0027]
式中，r为元件的半径，d为元件的口径，f为焦距。将a点的高度z值偏置到b点，利用新生成的x、y值和原数据中的z值生成新的面形数据，可计算出点(30，0)将偏移到点(30.29，0)，点(0，50)将偏移到点(0，50.32)；
[0028]
步骤三：将步骤二得到新的面形数据导入小磨头抛光机软件(由国防科技大学购买得到)，选择加工元件类型为平面，路径为光栅路径，计算驻留时间，生成加工代码；
[0029]
步骤四：将生成好的加工代码导入小磨头抛光机，元件固定在机床平台上，打表确定元件中心与机床中心重合，元件中心与机床转轴偏差不超过0.02mm，滴加抛光液将抛光头与元件表面紧密贴合，开始加工，加工时小磨头旋转轴保持垂直，保持元件表面抛光液滴加均匀，直到加工结束；
[0030]
步骤五：加工完成后，利用已搭建好的检测光路测量非球面元件面形，若面形数据达标则结束加工，若未达标，则重复步骤二到步骤四，反复迭代多次，直到面形达到要求。
[0031]
图3为应用本发明所示的方法加工的非球面镜面形图，加工后rms优于1/30λ。


技术特征：
1.一种光学非球面类平面加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：步骤一：，设非球面元件的半径r、口径d、焦距f，测量非球面元件的面形p
i
(x
i
，y
i
，z
i
)；步骤二：将测量得到的面形p
i
(x
i
，y
i
，z
i
)按照下列公式进行坐标变换，得到新的面形坐标p’i
(x’i
，y’i
，z
i
)：)：步骤三：将步骤二得到新的面形数据导入小磨头抛光机软件，输入加工元件类型为平面，路径为光栅路径，生成加工代码；步骤四：利用加工代码对非球面元件进行加工；步骤五：利用干涉仪测量非球面元件面形，若面形数据达标则结束加工，若未达标，则重复步骤二到步骤四，反复迭代多次，直到面形达到要求。2.根据权利要求1所述的一种光学非球面类平面加工方法，其特征在于：该方法适用于元件抛亮后的精修面形阶段，利用干涉仪测量的结果。3.根据权利要求1所述的一种光学非球面类平面加工方法，其特征在于：该方法适用于总矢高a不大于5mm的非球面元件，包括凸非球面和凹非球面。

技术总结
本发明涉及光学数控加工领域，具体为一种小磨头抛光机类光学平面加工非球面的方法，解决了三轴联动小磨头无法实现高精度加工非球面的问题，提升了这类小磨头抛光机的利用率。本发明主要利用被加工元件矢高较小，抛光头可贴合元件表面，再利用坐标变换将测量高点位置精确转换到类平面去除位置，实现收敛加工。经多次迭代抛光，可最终实现非球面元件的加工。可最终实现非球面元件的加工。可最终实现非球面元件的加工。


技术研发人员：王哲 吴令奇 方媛媛 徐学科 朱小磊 顿爱欢 顾晨
受保护的技术使用者：上海恒益光学精密机械有限公司
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2021/11/30