一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法技术

本发明专利技术提供一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，使非球面光学透镜模具数控加工具有更高精度的形状和更好的表面加工质量。本发明专利技术一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法的技术方案包括：步骤一，根据加工参数与加工轨迹，生成数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行抛光加工；步骤二，抛光后，采用多轴机床的高精度在位检测装置对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量；步骤三，判断测量结果是否满足预设的形状精度，若是，则抛光结束。

【技术实现步骤摘要】
一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法
本专利技术涉及光学元件模具抛光领域，具体涉及一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法。
技术介绍
传统的非球面光学玻璃透镜制造一般采用材料去除的机械加工法，通过粗磨、精磨、抛光、磨边等十几道工序加工而成，制造周期长，加工精度不稳定，生产效率和工艺稳定性无法满足迅速发展的行业需求。因此，近年发展起来一种新型的玻璃光学元件模压成型技术，采用高精度的光学模具，通过加温加压直接压制成型超精密玻璃光学元件，从而开创了大批量、高效率制造玻璃光学元器件的新时代。光学玻璃透镜模压成型技术与传统的材料去除加工方法相比。模压成型的光学元件面形精度高，而且精度稳定，容易实现精密非球面光学零件的批量生产。降低生产成本。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面的重大革命。日本HOYA，德国蔡司，荷兰菲利浦，美国康宁等均已经进入生产实用阶段。目前国内很多光学企业急需开发这一技术。湖南大学、北京理工大学、苏州大学、中国科技大学等单位正在研发这一技术。在热压成型工艺中，模具形状精度及表面质量直接决定着透镜的形状精度及表面质量。因此超精密模具的制造是热压成型的关键技术之一。超精密光学模具，要求具有很高的抗压强度与硬度、极高的弹性模量、良好的热强性能与导热性能、较低的热膨胀系数等。常采用WC硬质合金模具。但由于它具有高硬度、高耐磨性，并且加工空间狭小，实现其高精度、高效率加工较为困难。如何实现非球面光学透镜成型加工所用模具的高精度化、高效率化的加工一直是困扰业界的难题。为满足光学玻璃透镜模压成型技术中模具的形状精度和表面质量要求，业界当前的研究方向是开发出高精密数控机床对其进行加工。目前我国非球面光学元件模具数控抛光机床的传统机械结构包括底座系统、床身系统两大部分；具有X、Y、Z、U、B、C六个数控轴，其中，X、Y、Z轴是直线数控轴，U、B、C轴为旋转数控轴。在抛光过程中，抛光头围绕底座系统中的U轴转动，工件围绕C轴转动，工件整体夹持装置围绕B轴转动，使抛光头与工件贴合进行抛光加工。国内现有的非球面光学透镜模具数控加工技术的形状加工精度普遍较低，加工模具的表面质量精度低。
技术实现思路
本专利技术提供一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，使非球面光学透镜模具数控加工具有更高精度的形状和更好的表面加工质量。本专利技术一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法的技术方案包括：根据加工参数与加工轨迹，生成数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行抛光加工；步骤二，抛光后，对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量；步骤三，判断测量结果是否满足预设的形状精度，若是，则抛光结束。优选的，若否，则根据所述测量结构得到实际抛光曲线，将实际抛光曲线与理想抛光曲线进行比对，生成新数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行补偿抛光，直至满足预设的形状精度。优选的，将所述测量结果进行滤波平滑处理，消除随机误差后，利用拟合得到实际抛光曲线。优选的，将实际抛光曲线与理想抛光曲线进行比对，计算工件表面的残余误差；根据残余误差和抛光头在工件表面的驻留时间，生成新数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行补偿抛光，直至满足预设的形状精度。优选的，所述加工参数包括抛光头在与工件的接触点的速度、抛光头在接触点的速度和工件在接触点的速度两者的夹角、工件转动的角速度。优选的，所述步骤二具体包括：抛光后，采用多轴机床的在位检测装置对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量。优选的，所述多轴机床为六轴超精密数控抛光机床。优选的，所述六轴超精密数控抛光机床主要包括X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件、B轴旋转组件、C轴旋转组件、抛光轴组件、抛光轴倾斜组件，所述抛光轴组件包括抛光轴和安装在所述抛光轴上的抛光头，所述C轴旋转组件上包括用于夹持工件的夹持装置。优选的，所述抛光轴以一定的恒角速度持续转动。根据上述加工工艺原理的相关的公式，选取加工参数，根据加工参数生成加工轨迹，根据加工参数和加工轨迹利用软件生成初始加工代码，对非球面工件进行抛光加工，抛光完成后，采用在位检测装置对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量，误差补偿软件将获得的测量数据进行滤波平滑处理，消除随机误差，拟合出实际抛光曲线，通过与理想抛光曲线进行比对，计算工件表面法向的形状残余误差数据，最后，根据残余误差与抛光驻留时间进行补正，生成新数控加工代码，传送到控制器驱动各轴的运动，再次对工件进行补偿抛光，如此循环，直到形状精度达到要求为止。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法的流程图；图2为本专利技术一种六轴超精密数控抛光机床的结构图；图3为本专利技术的工件抛光加工示意图；图4为本专利技术抛光头与工件表面接触点的速度合成矢量示意图；图5为抛光轴倾斜示意图；图6为本专利技术实际抛光曲线与理想抛光曲线的比对示意图。具体实施方式本专利技术提供一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，使非球面光学透镜模具数控加工具有更高精度的形状和更好的表面加工质量。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术为一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，属于一种加工工艺方法。如图1所示，下面针对本专利技术一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法的加工原理说明。步骤一101，根据加工参数与加工轨迹，生成数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行抛光加工。本专利技术方法应用于图2所示的六轴超精密数控抛光机床。如图2所示，六轴超精密数控抛光机床主要包括X轴移动组件1、Y轴移动组件2、Z轴移动组件3、B轴旋转组件4、C轴旋转组件5、抛光轴组件6、抛光轴倾斜组件7。C轴旋转组件5中包括用于夹持工件的夹持工件装置。六轴超精密数控抛光机床的运动包含X、Y、Z轴的直线移动，和B、C轴、抛光轴的旋转动作。其中X、Y轴的直线移动是工件前后左右的移动，Z轴的直线移动是抛光轴组件的上下移动。B、C轴的旋转动作是工件的运动，而抛光轴的旋转运动是抛光轴组件中抛光轴自身的旋转运动。在加工过程中，Y轴和Z轴不运动；抛光轴以一定的恒角速度持续转动；C轴在机床控制器控制下，在不同时刻做角速度变化的持续转动，而X轴、B轴在机床控制下做缓慢补偿运动。上述六轴超精密数控抛光机床加工过程中工件的抛光示意图如图2所示，抛光轴为附图标记71，抛光头为附图标记72，工件为附图标记8，抛光头72与工件8表面接触点为附图标记9。加工过程中，工件8绕着图3所示的C轴旋转，抛光轴71绕自身旋转，抛光头72在抛光头72与工件8的表面接触点处进行切削抛光。在步骤一中，获取加工参数主要采用如下方法：本专利技术原理是基于Preston方程dh＝kppcvsdT(1-1)公式1-1中，dh为一次走刀时工件表面材料被抛光头切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤一，根据加工参数与加工轨迹，生成数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行抛光加工；步骤二，抛光后，对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量；步骤三，判断测量结果是否满足预设的形状精度，若是，则抛光结束。

【技术特征摘要】
1.一种非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，其特征在于，包括：步骤一，根据加工参数与加工轨迹，生成数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行抛光加工；步骤二，抛光后，对所加工的工件面型的形状精度进行在位测量；步骤三，判断测量结果是否满足预设的形状精度，若是，则抛光结束。2.根据权利要求1所述的非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，其特征在于，若否，则根据所述测量结构得到实际抛光曲线，将实际抛光曲线与理想抛光曲线进行比对，生成新数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行补偿抛光，直至满足预设的形状精度。3.根据权利要求2所述的非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，其特征在于，将所述测量结果进行滤波平滑处理，消除随机误差后，利用拟合得到实际抛光曲线。4.根据权利要求2所述的非球面超精密抛光与形状误差补偿方法，其特征在于，将实际抛光曲线与理想抛光曲线进行比对，计算工件表面的残余误差；根据残余误差和抛光头在工件表面的驻留时间，生成新数控加工代码，并输入到多轴机床对工件进行补偿抛光，直至满足预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉荣，姚洪辉，朱相优，王晗，邹海华，邓建南，梁锐鑫，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44