一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法技术

本发明专利技术提供了一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，该方法能够实现磁流变抛光轮(去除函数)与大口径非球面光学元件精确对准的定位方法。包括如下步骤：步骤a、去除函数原点标定，包括如下具体步骤：a1固定标准空心圆柱。a2将数控机床上的测头与所述标准空心圆柱对准。a3将抛光轮最低点位置与标准空心圆柱对准。步骤b非球面光学元件定位，包括如下具体步骤：b1将所述非球面光学元件设置于数控机床转台上并固定。b2当抛光轮以设定抛光间隙h对所述非球面光学元件进行加工时，若要对所述非球面光学元件上的设定点进行加工，计算抛光轮要移动的位置。

Magnetorheological finishing wheel set aspheric optical component aligning processing method

The invention provides a processing method for alignment of MRF wheelsets of aspheric optical elements, this method can realize the magnetorheological polishing wheel (removal function) and large aperture aspheric optics precision alignment positioning method. The following steps are included: step a, elimination of function origin calibration, including the following steps: A1 fixed standard hollow cylinder. A2 align the measuring head on the numerically controlled machine tool with the standard hollow cylinder. A3 align the lowest point of the polishing wheel with the standard hollow cylinder. Step B the positioning of the aspheric optical element includes the following steps: B1 sets the aspheric optical element on the turntable of the NC machine tool and is fixed. B2 when the polishing wheel is used to set the polishing gap h to process the aspheric optical component, the position of the polishing wheel to be moved is calculated if the set point on the aspheric optical component is processed.

【技术实现步骤摘要】
一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法
本专利技术属于光学元件加工
，特别涉及到一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法。
技术介绍
由于非球面能够矫正像差，增大视场，提升像质，减少系统光学元件数量，从而有效地减少重量，降低成本，因此非球面在现代天文观测和对地观测等光学系统中得到了广泛的应用。现代光学望远系统的口径越来越大，因此光学系统中的非球面口径也越来越大，目前国外已经能够加工口径8m的非球面，国内也在向2-4m口径逐渐发展。磁流变抛光(MagnetorheologicalFinishing，MRF)技术作为近年来被广泛关注的一种光学加工方法，具有加工确定性高、收敛效率稳定、边缘效应可控、亚表面破坏层小、加工适用性广以及加工大径厚比的光学镜面不存在复印效应等诸多优点，在大口径非球面制造领域有着广泛的应用前景。但是要实现大口径非球面的磁流变抛光过程，尤其是工程批量化加工过程，磁流变抛光轮与大口径非球面光学元件对准问题是其制约因素之一。首先，对于轮式磁流变抛光去除函数原定位置需要准确定位。对于小磨头等加工技术，去除函数一般是圆对称分布，和磨头中心对应的去除函数几何中心一般直接定义为原点，之后可以建立机床坐标系与磨头的相对关系。但是轮式磁流变抛光的去除函数是D字形非圆对称，原点位置无法直接根据去除函数几何位置确定，需要找出去除函数作用区域的某一位置和抛光轮特定点的对应关系。其次，对于米级或更大的非球面光学元件，放置在机床负载台上后，一般存倾斜与偏移等误差。采用小磨头等光学加工技术时，倾斜允许在度量级，偏移允许在毫米量级，因此不需要精确测量倾斜和偏移。采用磁流变抛光技术时，为了实现磨头与非球面元件的对准，要求精确测量出非球面元件的位置，倾斜一般优于分级而偏移优于0.1mm。因此，大口径非球面光学元件磁流变加工需要设计一种简单易行的对准方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，该方法能够找到磁流变抛光去除函数作用区域特定点和抛光轮上相对应的特征点以确定去除函数原点位置，并且实现磁流变抛光轮(去除函数)与大口径非球面光学元件精确对准的定位方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，包括如下步骤：步骤a、去除函数原点标定，包括如下具体步骤：a1将所述标准空心圆柱通过卡具固定在数控机床转台上，其中标准空心圆柱底面与转台表面接触，圆柱的母线与转台面垂直。a2将数控机床上的测头与所述标准空心圆柱对准：利用所述测头测量标准空心圆柱中心线的位置在数控机床坐标系的x、y轴坐标(Xt,Yt)，测量标准空心圆柱的上底面高度Zt，由此得到测头与标准空心圆柱的相对坐标(Xt,Yt,Zt)。a3令抛光轮的最低点和抛光轮球心的连线对准至空心圆柱的中心线，此时测得抛光轮在数控机床坐标系的x、y轴坐标为(Xm,Ym)，将抛光轮最低点与圆柱上底面接触，测得此时抛光轮最低点的高度Zm，由此得到抛光轮最低点与标准空心圆柱的相对坐标为(Xm,Ym,Zm)。步骤b非球面光学元件定位，包括如下具体步骤：b1将所述非球面光学元件设置于数控机床转台上并固定。b2当抛光轮以设定抛光间隙h对所述非球面光学元件进行加工时，若要对所述非球面光学元件上的点A进行加工，则要将抛光轮移动到B处。其中A在数控机床坐标系中的坐标表示为(Xa,Ya,Za)，则B的坐标(Xb,Yb,Zb)为：Δ是测量标定的点(Xa,Ya,Za)的倾斜量。进一步地，点(Xa,Ya,Za)的倾斜量Δ的求解方法如下：将所述b1中，利用数控机床测头测量所述非球面光学元件的几何中心位置在数控机床坐标系中的坐标(X0t’,Y0t’,Z0t’)。在非球面光学元件上选取点(Xa,Ya,Za)的组合点(Xa’,Ya’,Za’)，点(Xa,Ya,Za)与点(Xa’,Ya’,Za’)二者分别分布在非球面光学元件几何中心两侧、且二者连线中点与非球面光学元件的几何中心点在数控机床转台面上的投影重合。根据非球面光学元件几何中心位置(X0t’,Y0t’,Z0t’)，理论计算非球面光学元件上与(Xa,Ya)对应的理论高度坐标ZA，以及(Xa’,Ya’)对应的理论高度坐标ZA’；则Δ＝(ZA-Za)-(ZA’-Za’)。有益效果：本专利技术通过磁流变抛光轮最低点为桥梁，建立了磁流变抛光去除函数和被加工非球面元件的对准关系。首先通过步骤a，以标准圆柱和标准实验平面光学元件为基础，标定了抛光轮最低点对应的去除函数坐标原点位置；然后按照步骤b对工件进行定位，进而建立了去除函数与工件之间的对准关系。对于特定机床只需要进行一次步骤a的标定测量工作，当加工不同非球面光学元件时重复进行步骤b即可达到工件对准的目的。本专利技术物理概念明确，数据处理简单，工程操作简易可行，工件对准成本低，测试时间短。附图说明图1为本专利技术中的标准圆柱；图2为本专利技术中典型的轮式磁流变抛光去除函数产生方式；图3为本专利技术中步骤a的测量标定过程；图4(a)为本专利技术中Zygo干涉仪检测的轮式磁流变抛光产生的典型去除函数；图4(b)本专利技术中去除函数两个方向去除率分布；图5为本专利技术实例中去除函数测量过程；图6(a)为本专利技术实例中去除函数原点标定结果俯视图；图6(b)为本专利技术实例中去函数函原点标定结果侧视图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，采用磁流变抛光轮对标准空心圆柱进行抛光，包括如下步骤：步骤a、去除函数原点标定，包括如下具体步骤：a1固定标准空心圆柱；将所述标准空心圆柱通过卡具固定在数控机床转台上，其中圆柱下表面与转台表面接触，圆柱的母线与转台面垂直。标准空心圆柱具有较高的内表面圆柱度及上下表面平面度和平行度，通过卡具固定在数控中心转台上，其中圆柱下表面与转台表面接触，圆柱的母线与转台面垂直，图1所示。a2将数控机床上的测头与所述标准空心圆柱对准：利用所述测头测量标准空心圆柱中心线的位置坐标(Xt,Yt)，测量圆柱的上底面高度Zt，由此得到测头与标准空心圆柱的相对坐标(Xt,Yt,Zt)；图3中5是标准空心圆柱，6是卡具。a3将抛光轮最低点位置与标准空心圆柱对准：将抛光轮的最低点和抛光轮球心的连线与空心圆柱的中心线对齐，此时数控机床的坐标为(Xm,Ym)，测得将抛光轮最低点与圆柱上底面接触时的高度Zm，由此得到抛光轮最低点与标准空心圆柱的相对坐标为(Xm,Ym,Zm)。选择抛光轮最低点对应于去除函数原点，标定抛光轮最低点位置坐标。图2中1是抛光轮，2是进入有效作用区域前的磁流变液，3是磁流变液与光学元件4的接触区域，也是有效作用区域，Rw是抛光轮半径，R1是磁流变液未经过有效作用区域时在抛光轮上的分布半径，R2是磁流变液经过有效区域后在抛光轮上的分布半径，w是转速，h是抛光间隙，图中虚线标出的接触区域产生去除函数。未上磁流变液时，先粗略保证抛光轮的最低点和球心的连线与空心圆柱的中心线对齐。然后抛光轮不断降低的同时在水平方向上移动标准圆柱，直到抛光轮与空心的圆柱完全吻合，这种吻合方法可以使用塞规等工具测量。抛光轮和空心圆柱均吻合后，记录下机床坐标(Xm,Ym)。另外测得将抛光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、去除函数原点标定，包括如下具体步骤：a1将所述标准空心圆柱通过卡具固定在数控机床转台上，其中标准空心圆柱底面与转台表面接触，圆柱的母线与转台面垂直；a2将数控机床上的测头与所述标准空心圆柱对准：利用所述测头测量标准空心圆柱中心线的位置在数控机床坐标系的x、y轴坐标(X

【技术特征摘要】
1.一种磁流变抛光轮对非球面光学元件进行对准加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a、去除函数原点标定，包括如下具体步骤：a1将所述标准空心圆柱通过卡具固定在数控机床转台上，其中标准空心圆柱底面与转台表面接触，圆柱的母线与转台面垂直；a2将数控机床上的测头与所述标准空心圆柱对准：利用所述测头测量标准空心圆柱中心线的位置在数控机床坐标系的x、y轴坐标(Xt,Yt)，测量标准空心圆柱的上底面高度Zt，由此得到测头与标准空心圆柱的相对坐标(Xt,Yt,Zt)；a3令抛光轮的最低点和抛光轮球心的连线对准至空心圆柱的中心线，此时测得抛光轮在数控机床坐标系的x、y轴坐标为(Xm,Ym)，将抛光轮最低点与圆柱上底面接触，测得此时抛光轮最低点的高度Zm，由此得到抛光轮最低点与标准空心圆柱的相对坐标为(Xm,Ym,Zm)；步骤b非球面光学元件定位，包括如下具体步骤：b1将所述非球面光学元件设置于数控机床转台上并固定；b2当抛光轮以设定抛光间隙h对所述非球面光学元件进行加工时，若要对所述非球面光学元件上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学军，薛栋林，李龙响，王孝坤，殷龙海，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22