一种非球面光学元件的面形检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种非球面光学元件的面形检测装置，包括传感器、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机、报警模块，传感器连接接口电路；接口电路连接数据采集模块的采集端口；机床脉冲连接接口电路；接口电路连接脉冲计数卡，等待计数条件满足，发出触发信号；所述脉冲计数卡连接工控微机；工控微机连接报警模块，本实用新型专利技术非球面光学元件的面形检测装置的实现，提高了测量精度，可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性。

A surface detection device for aspheric optical elements

The utility model discloses a surface detection device for aspheric optical elements, including sensor, machine tool pulse module, interface circuit, pulse counting card, data acquisition module, industrial control microcomputer, alarm module, sensor connection interface circuit, interface circuit connecting data acquisition module of data acquisition port, and machine tool pulse connection. The interface circuit connects the pulse counting card, the waiting counting condition is satisfied and the trigger signal is issued. The pulse counting card connects the industrial control microcomputer, the industrial control microcomputer connection alarm module, the realization of the surface detection device of the aspheric optical element of the utility model, improves the measurement precision, and can greatly improve the product. Performance and quality, promote the miniaturization of products, and enhance the interchangeability of parts.

【技术实现步骤摘要】
一种非球面光学元件的面形检测装置
本技术涉及改进的光学元件磨削系统，具体来说一种非球面光学元件的面形检测装置。
技术介绍
非球面光学元件的检测，是制约非球面光学元件技术发展和应用的主要问题，其表现为加工、检测工艺装备技术落后，目前国内的中大口径非球面抛光加工的精度和效率接近发达国家同期水平，但是由于没有抛光前序的高效精密磨削成型技术和快速表面抛亮技术支持，致使非球面光学元件的加工无法形成一套完整的工艺技术，同时给最终的精密抛光加工留有相当大的加工余量，增加了抛光加工的工作量，制约了中大口径非球面加工技术的推广应用，超精密加工技术是从二十世纪六十年代发展起来的加工方法，其最大的特点是在综合应用机械发展的新成就(新型轴承、导轨、传动装置、微位移技术等)，以及现代电子、测量、计算机等新技术的基础上大幅度提高机械加工的精度和水平，向机械加工精度的极限——纳米级水平挑战，是机电一体化的结晶，目前己成为机械加工技术发展的重要方向之一，现代机械工业之所以提高加工精度，主要原因在于提高精度可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性，从某种意义上讲，超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命，是一个国家的战略性技术之一。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供一种非球面光学元件的面形检测装置，内容是根据轨迹成形法加工大口径非球面光学元件的原理，具体做以下几个方面的工作：1、在对光学元件补偿加工之前，要对一次加工后的工件的面形进行精密的测量，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-检测-再加工-再检测”才能达到精磨阶段加工精度的要求。2、测量系统采用非接触的PSD传感器，测得工件面形的三维坐标，再根据非球面方程得到理想面形数据并计算出面形误差，该误差数据是离散的，滤除粗大误差后，采用最小二乘法拟合出连续的误差曲线，生成数据文件，用来指导补偿加工。采用的在线检测与数据处理方案使系统测量范围为30±2mm，测量精度为0.4μm，采用最小二乘曲线拟合方法，当拟合次数达到6次或更高时，数据处理精度可控制在0.2μm以内。为了实现上述目的，本技术采用技术方案是：一种非球面光学元件的面形检测装置，其中包括传感器模块、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机、报警模块；采用查询方式进行数据采集；采用在线测量的方式进行测量；传感器测得的信号经接口电路输送到数据采集卡的采集端口(通道0)上，等待采集；机床脉冲信号经接口电路输送到脉冲计数卡，待计数条件满足，脉冲计数卡便送出一个触发信号；脉冲出发经工控微机送入采集卡的采集端口(通道15)上，通知数据采集卡进行数据采集；所选的，传感器为非接触式激光位移传感器PSD。所选的，PSD激光位移测量方法为：(1)选择传感器对非球面工件面形坐标进行测量；(2)根据非球面公式计算出面形误差数据；(3)将测得的误差数据中的粗大误差滤除，并找到合适的替代项；(4)将误差处理后的数据拟合成一条叠加于轴对称非球面母线上的误差连续曲线，提供补偿加工所需补偿误差数据。所选的，PSD激光位移检测精度为工件主轴精度0.1μm，砂轮轴精度0.1μm，X轴﹑Y轴移动导轨直线度均为0.3μm/300mm，砂轮回转轴精度0.1μm，数控系统分辨率为5nm。所选的，脉冲计数卡的计数方式基于8254芯片，机床脉冲信号送入计数卡作为其CLK信号，计数卡的输出信号作为采集控制信号经工控微机送入采集卡的15通道，此信号还可用来确定工件或砂轮的x轴坐标，同时将x轴驱动脉冲输送到脉冲计数卡，避免发生漏采﹑误采﹑重复采。所选的，数据采集模块采用16位多用途数据采集卡PCL816。所选的，系统采用其中的两个通道，通道0和通道15，所需要的测量信号经通道0送入采集卡，采集控制信号经通道15送入采集卡。所选的，机床脉冲信号既用来实现插补，又用来驱动检测臂。所选的，报警模块包括系统报警和用户报警。所选的，所述系统报警和操作信息由NC自动完成。所选的，所述用户报警对机床的操作和状态进行监控。本技术非球面光学元件的面形检测装置的实现，提高了测量精度，可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性。附图说明图1为本技术面形测量原理示意图；图2为本技术数据处理程序流程图；图3为本技术粗大误差剔除程序总流程图；图4为本技术连接框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施例。非球面光学元件主要应用于精密的光学仪器中，因此，对精度的要求是很高的，仅仅经过一次加工无法达到精度的要求。采用超精密磨削方式加工光学非球面的一个关键技术环节是非球面的表面面形测量技术。所以必须对经过粗加工的工件进行面形精度的检测，根据检测数据编写补偿加工程序，要反复经过“加工-检测-再加工”的过程才能达到精密加工的要求。非球面光学元件，是指面形由多项高次方程决定且面形上各点的半径均不相同的光学元件。非球面镜属于特殊表面，它具有许多独特的性质。如二次曲面在恰当的共轭位置没有球差，将非球面用于光学系统中，能够减少系统中光学元件的数量或能提高成像质量。如图1-4所示，一种非球面光学元件的面形检测装置，其中包括传感器模块、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机，报警模块，所述传感器连接接口电路；所述接口电路连接数据采集模块的采集端口；所述机床脉冲连接接口电路；所述接口电路连接脉冲计数卡，等待计数条件满足，发出触发信号；所述脉冲计数卡连接工控微机；所述工控微机连接数据采集模块，把脉冲计数卡的触发信号送入数据采集卡的采集通道，通知数据采集卡进行数据采集，将实测误差数据所拟合出的误差曲线减去砂轮半径误差及主轴长度误差所引起的系统误差，得到新的误差曲线，将轴对称非球面的理想曲线减去新的误差曲线得到补偿加工理想轨迹，所述工控微机连接报警模块，本技术非球面光学元件的面形检测装置的实现，提高了测量精度，可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性。检测过程中激光位移传感器测得的信号经接口电路输送到数据采集卡的采集端口(通道0)上，等待采集，机床脉冲信号经接口电路输送到脉冲计数卡，待计数条件满足，脉冲计数卡便送出一个触发信号，经工控微机送入采集卡的采集端口(通道15)上，通知数据采集卡进行数据采集，重复进行以上过程，直到采集结束。如图1-4所示，测量过程中测量点的定位是通过对机床的X轴、Y轴、以及工件的旋转轴A轴的控制来实现的，X轴和Y轴的移动来实现测量点在水平面上的定位，同时工件绕主轴A轴旋转，所以工件表面上的测量点轨迹是与加工轨迹相同的呈螺旋状的曲线，只要协调的控制三轴的伺服运动，即可达到测量整个工件表面的目的，根据非球面工件一次加工时的加工轨迹，选择不同的测量轨迹，采用传感器的测量方向与加工轨迹平行的测量方式，随机误差较小，能够满足加工要求，因此，测量时，测量点从非球面工件中心点出发，沿非球面工件母线运动。如图2所示数据处理程序流程，首先，打开数据文件，进行标度变化，进行系统误差修正，进行单界面数据处理判断，若为是，删除粗大误差并做平滑处理，然后进行便面形状误差处理，进行用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非球面光学元件的面形检测装置，其中包括传感器、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机、报警模块；采用查询方式进行数据采集；采用在线测量的方式进行测量；传感器测得的信号经接口电路输送到数据采集卡的采集端口上，等待采集；机床脉冲信号经接口电路输送到脉冲计数卡，待计数条件满足，脉冲计数卡便送出一个触发信号；脉冲出发经工控微机送入采集卡的采集端口上，通知数据采集卡进行数据采集；传感器为非接触式激光位移传感器PSD；脉冲计数卡的计数方式基于8254芯片，机床脉冲信号送入计数卡作为其CLK信号，计数卡的输出信号作为采集控制信号经工控微机送入采集卡的15通道，此信号还可用来确定工件或砂轮的x轴坐标，同时将x轴驱动脉冲输送到脉冲计数卡，避免发生漏采﹑误采﹑重复采。

【技术特征摘要】
1.一种非球面光学元件的面形检测装置，其中包括传感器、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机、报警模块；采用查询方式进行数据采集；采用在线测量的方式进行测量；传感器测得的信号经接口电路输送到数据采集卡的采集端口上，等待采集；机床脉冲信号经接口电路输送到脉冲计数卡，待计数条件满足，脉冲计数卡便送出一个触发信号；脉冲出发经工控微机送入采集卡的采集端口上，通知数据采集卡进行数据采集；传感器为非接触式激光位移传感器PSD；脉冲计数卡的计数方式基于8254芯片，机床脉冲信号送入计数卡作为其CLK信号，计数卡的输出信号作为采集控制信号经工控微机送入采集卡的15通道，此信号还可用来确定工件或砂轮的x轴坐标，同时将x轴驱动脉冲输送到脉冲计数卡，避免发生漏采﹑误采﹑重复采。2.根据权利要求1所述的非球面光学元件的面形检测装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：师路欢，孙刚，李跃磊，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：新型
国别省市：河南,41