[发明专利]一种光学零件高精度平面的修形加工方法

摘要

本发明公开了一种光学零件高精度平面的修形加工方法，该方法在传统研磨抛光方法的基础上，通过专用修形抛光盘使位于抛光盘上不同径向位置环形区域的抛光垫不起材料去除作用，并结合工艺条件控制，获得不同的材料去除率分布曲线，根据工件表面初始表面轮廓形貌偏差，设计各种材料去除特性对应工艺条件的加工时间，实现工件表面的修形加工。本发明的抛光盘上盘由具有升降功能的多个同心环组成，可以获得不同的表面材料去除率分布特性，实现确定性加工。本发明根据光学零件的原始表面轮廓形貌偏差设计修形方案，对表面进行确定性的材料去除加工，总去除余量小，加工效率高，成本低。本发明可以适用于任意形状和厚度的待加工工件。

主权项

一种光学零件高精度平面的修形加工方法，其特征在于：包括以下步骤：A、用修形专用抛光盘(3)替换现有研磨抛光机上的整体抛光盘，所述的修形专用抛光盘(3)包括底座(31)、抛光盘上盘(32)和抛光垫(33)，所述的底座(31)通过销孔连接固定在研磨抛光机的下盘上；所述的抛光盘上盘(32)由多个同心环组成，所述的同心环均位于底座(31)上方，所述的同心环的径向宽度小于待加工工件(2)半径的1/2；所述的抛光盘上盘(32)的每一个同心环均具有独立升降功能，并且当所有同心环升起后，其上表面处于同一平面；所述的抛光垫(33)由多个同心环垫组成，与多个同心环具有相同的形状，通过背胶分别粘贴在每个同心环上面；B、使修形专用抛光盘(3)上所有同心环都处于升起状态,通过自动或手动的方式使其中的一个同心环下降，开始进行抛光加工，测量对应的材料去除函数，依次下降不同位置的同心环进行去除函数测量，并保存数据；材料去除函数的具体测量方式包括以下步骤：在待加工工件(2)表面加工三个不同径向位置和周向位置的5‑50微米深度点坑，以这三个点坑底面构成的平面为基准面，用表面轮廓测量仪测量抛光前待加工工件(2)表面轮廓形貌，给定抛光压力、上盘转速、下盘转速和偏心距进行抛光加工，加工后再次以三个点坑底面构成的平面为基准面测量工件表面轮廓形貌；抛光前后两个工件表面轮廓形貌作差即为材料去除函数，除以抛光时间得到材料去除率函数；保存不同条件下测得的材料去除率函数Mi(r)，下标i表示不同条件下测得的值，r是待加工工件(2)半径方向坐标；C、制定全局修形加工方案，通过优化模型计算待加工工件(2)在不同材料去除率函数Mi(r)对应工艺条件下的加工时间ti得出全局修形加工方案；所述优化模型的待求变量为各材料去除率函数对应工艺条件下的加工时间ti，目标函数为修形加工材料总去除量轮廓与待加工工件(2)表面待加工余量轮廓的相对形状偏差最小化，约束条件为所述加工时间ti均为正数，以及总加工时间不超过给定时间T；所述的优化模型计算的方法包括以下步骤：测量待加工工件(2)表面初始形貌函数h0(r)，计算加工余量hm(r)为初始表面轮廓形貌函数h0(r)和目标面表面轮廓形貌函数ht(r)的差，选择与加工余量曲线hm(r)具有相似分布趋势的材料去除率函数Mi(r)，在径向方向均匀取5‑50个点，以这些点的偏差量最小化为目标进行优化，偏差量以几何平均值计算；数学优化模型如下：Find.tiMin.J=[Σk=1K[Σi=1nMi(rk)ti-hm(rk)]2]0.5]]>Subject to ti>0上述优化模型中，rk是用于计算偏差量的径向坐标位置，J是形状偏差函数，约束条件中要求对应每一种材料去除率函数的工艺条件下，加工时间ti要大于0，总加工时间不超过T；D、利用上述算法得出的全局修形加工方案对待加工工件(2)进行实际修形加工；加工后测量待加工工件(2)表面轮廓形貌，若不满足加工需求，重复步骤C，对该工件表面再次进行修形加工，直到待加工工件(2)符合加工要求。