[发明专利]光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法

说明书

本发明属于光学零件加工技术领域，具体为一种光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法。具体步骤为：首先测量工件得到面形误差，对表面去除量加上合适的二次项进行调整，减小边缘加工难度；同时将抛光路径抽象为离散的采样点，根据去除函数模型计算每个采样点上的去除函数；然后利用空间变化反卷积算法求解驻留时间，最后依据抛光路径和驻留时间生成控制程序，对工件进行抛光。求解驻留时间时采用随位置而变化的去除函数，可精确控制对边缘部分的去除量；非线性的反卷积算法可以适应移变的去除函数；面形调整技术最大程度地减小了边缘误差的收敛难度。本发明对抛光系统的控制精度要求较低，因此可降低小磨头抛光成本，提高加工效率。

技术领域

本发明属于光学零件加工技术领域，具体涉及光学镜片加工中的边缘误差控制方法。

背景技术

在现代光学加工中，通常会使用计算机控制表面成形(CCOS)的方法来加工各种光学元件。CCOS的基本原理是根据面形误差数据使用远小于工件直径的磨头通过计算机控制其在工件上各点的驻留时间实现面形各点材料的定量去除。而当小磨头在工件边缘位置时，由于接触区域各点压强的变化导致实际加工会有一个非线性去除，从而使得边缘部分的加工质量极其难以控制，也就非常容易产生俗称的“塌边”和“翘边”现象。而对于此类边缘误差的解决办法目前一直是在寻找不受边缘位置影响的加工工具，但是这势必会大大增加加工设备的成本和应用范围。若能找到能有效抑制边缘误差的方法，而不受限于加工设备的控制精度，便可以采用廉价灵活的工业机器人实现智能控制的精密抛光加工，这对精密抛光加工工艺的智能化以及精准化有重要的推动作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法，以显著抑制工件的边缘误差而不依赖与加工设备的控制精度。

本发明提出的光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法，基本思路为：

首先，是根据将测量得到的面形误差加上合适的二次曲面函数作为调整项，包括平移、倾斜和离焦项，得到新的面形误差函数；所加的二次曲面能使工件边缘(本区域的宽度和抛光头直径有关)面形误差的最小二乘积分最小；

然后，获取抛光(加工)路径上不同位置的去除函数；其中，抛光路径按照抛光系统动力学性能最优的方案进行规划；将加工路径离散化为等距的采样点，间距根据抛光头尺寸设置；对抛光去除函数进行实测和建模，考虑边缘效应，因此去除函数随工件的坐标位置而变化。

然后，计算抛光路径不同位置的驻留时间。

最后，依据抛光路径和驻留时间生成控制程序，对工件进行抛光。

具体步骤如下：

(1)加工前准备：利用面形精密仪器对工件进行面形误差检测，获得工件的面形误差分布数据，记为err；

(2)对面形误差进行优化调整，即在原始面形误差分布数据err上添加一个二次曲面项作为调整项，包括平移、倾斜和离焦项，得到新的面形误差函数，记为err_M，使得面形边缘部分去除量相对下降，从而使得边缘部分更好控制。

具体操作：选取边缘圆环区域A(圆环半径取从工件半径R的m倍到工件半径R的区域，m﹤1，具体取值由加工中易产生边缘误差的部分面积占工件总面积的比例决定，通常取为0.7-0.8)，通过a,b,c,d四个系数用来定义添加的离焦项：a·(x²+y²)+bx+cy+d，需要注意的是系数a需要在一定范围(由β约束，具体取值由光学系统焦距的公差范围决定)，否则调整后面形焦距误差过大将不能满足光学系统需求。调整项的具体计算步骤可参照以下优化方程：