[发明专利]一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法

说明书

本发明公开了一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法，在机床工作台上安装固定光学元件的同时，在元件的旁边不影响加工的位置固定一块油石；然后使用砂轮在元件表面磨削凹坑，将激光传感器固定在机床主轴上，测量凹坑最低点在第一坐标系中的坐标，由此计算得到测头光点和砂轮最低点之间的偏移距离；并进一步获取非球面光学元件位置并建立元件‑砂轮空间位置关系。本发明砂轮和元件没有直接接触，保证了元件表面的质量，并且对刀精度达到微米级别，提高了非球面的加工精度，避免后续停机检测进行误差修整而造成的工时增加，提高了加工效率。

技术领域

本发明涉及光学元件超精密加工技术领域，更具体的说是涉及一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法。

背景技术

非球面光学元件能够消除球面元件在光束传递过程中产生的球差、慧差、像差等不利影响，在光束聚焦时能减少光能损失，提高聚焦和校准精度，在现代大型光学系统中获得了广泛的应用。非球面表面各点的矢高和曲率半径不相同，采用精密磨削加工的方法，实现非球面光学元件的精密成形，具有材料去除速率快、便于实现自动化等优点，目前已被国内外多项大型光学系统作为非球面光学元件制造的主工艺使用。超精密磨削加工利用高精度、高刚度的超精密磨床，金刚石砂轮在数控系统的精确控制下，按照理论的非球面轨迹进行运行，实现材料的去除，基于运动复印原理获得被加工表面。非球面光学元件的超精密磨削分为初成形磨削和精密磨削。初成形磨削是在长方体、圆柱体等块料的基础上，使用较粗粒度的金刚石砂轮，直接磨削加工为设计的非球面；精密磨削是在已经完成非球面初成形的基础上，使用更加精细的金刚石砂轮进行进一步的磨削加工，去除前级加工产生的亚表面缺陷层的同时，收敛面形误差。无论是初成形磨削，还是精密磨削，金刚石砂轮和元件之间的相对空间位置关系，直接影响了元件最终加工的形状精度和位置精度。

中国专利CN201710047333.3公开了一种磨削过程快速精密对刀装置及其对刀方法，该装置包括位置检测模块、声发射检测系统和测量与可视系统，利用测针与砂轮之间相对固定的位置关系，实现砂轮与被加工工件之间的快速粗定位，然后采用流体声发射技术进行精密对刀，并结合工业内窥镜，通过显示器实时观查测针和工件内表面的相对位置关系，实现测针的快速精密定位。中国专利CN201810668997.6公开了一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，通过CCD相机测量得到圆环宽度，并根据该圆环宽度对工件加工平面的基准位置进行修正，以此实现对刀操作。中国专利CN201920456902.4公开了一种基于显微视觉的外置式机械辅助对刀装置，该装置安装于机床外部，通过竖杆、横杆和转接头实现显微视场粗调，通过X向调节旋钮和Z向调节旋钮实现X、Z方向的显微视场微调；通过长工作距离显微镜和CCD采集刀具图像，并将刀具图像通过视频数据线传输至外接的显示器上，以观察刀具试切画面。

传统的对刀方法之间使用金刚石砂轮缓慢接触元件表面，针对非球面光学元件的加工，对刀精度低、耗时长，并且砂轮接触元件后会在硬脆光学材料表面造成深划痕甚至内裂，影响元件的质量。以上公开的对刀方法中，有采用CCD相机进行图像采集实现非接触式对刀，但针对于表面各点矢高和曲率半径均不相同的非球面，在某些特定的角度CCD的视场光路会被元件表面遮挡导致不能观测砂轮与元件之间的位置关系，并且也难以实现微米级别位置精度的对刀。

因此，如何提供一种加工精度高且加工效率高的一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法，该方法在保证加工效率的基础上有效提高了加工精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非球面光学元件磨削加工非接触式精密对刀方法，机床工作台与机床主轴独立移动，砂轮设置在机床主轴上，以机床工作台移动的方向作为X轴，以机床主轴在水平面内移动的方向作为Y轴，以砂轮竖直升降的方向作为Z轴，包括以下步骤：