一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，包括：将备选工艺参数列表，排列组合，形成多个备选方案；对应每个备选方案，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度、零件转动在抛光表面产生的线速度、抛光盘转动在抛光表面产生的线速度以及零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS；选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。本发明专利技术可以快速确定最佳工艺参数，使得精密磨削后的表面面形误差快速收敛，避免生产准备阶段的大量工艺试验。

A design method of high speed polishing process parameters for spherical optical lens

【技术实现步骤摘要】
一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法
本专利技术属于光学加工
，涉及一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，主要用于光学透镜平摆式高速抛光工艺过程。
技术介绍
光学表面高速抛光工艺是伴随着光学系统规模化生产需求逐渐发展起来的高效制造技术。与传统工艺不同，高速抛光设备可以提供更大的压力和主轴转速，加工效率大幅度提高，抛光盘采用热稳定性较高的聚氨酯材料，相比较沥青抛光盘，表面形状更加稳定，零件面形精度易于控制，对操作人员技能要求较低。经过几十年的发展，高速抛光技术已经成为光学零件大规模批量生产必不可少的手段，广泛应用于车载镜头、安防镜头、照相机、生物显微镜等领域。高速抛光工艺参数主要包括主轴转速、摆频、初始摆角、摆幅4项要素。通常，在生产准备阶段，工艺技术人员需要根据所加工零件的半径、口径、形状、材料等数据结合自己的经验，采用反复试验试错的方法，确定上述工艺参数。其过程需要耗费大量时间，反复进行加工、测量、误差补偿，将工艺参数调整至最佳状态。普通中小口径光学透镜抛光时间短，每次抛光时间仅需要几秒或十几秒；但是，大口径光学透镜抛光时间较长，特别是单晶硅、蓝宝石等低磨耗度材料的光学透镜，每次抛光时间需要几十分钟，甚至于一个多小时，而且面形变化很慢，采用工艺试验的方法难以完成工艺参数优化。这种情况限制了高速抛光技术在大口径光学透镜生产中的应用，影响该类产品的生产效率。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：提供一种可以快速优化高速抛光工艺参数的方法，以解决光学透镜在生产准备阶段工艺试验时间长、研制成本高等问题，适用于光学透镜批量化生产的工艺设计过程。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，高速抛光所采用的平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件；抛光工艺参数设计方法包括如下步骤：步骤一、将备选工艺参数列表，排列组合，形成多个备选方案；步骤二、根据所加工表面半径和备选方案一的摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度；步骤三、根据备选方案一主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度；步骤四、根据备选方案一主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；步骤五、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS；步骤六、重复步骤一至步骤五，计算各备选方案零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS。步骤七、选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。所述步骤二中，所加工表面半径R和备选方案一摆频f，铁笔摆动在抛光表面产生的线速度vA为：vA＝2πfR。所述步骤三中，备选方案一主轴转速ωP和零件口径d，零件转动在抛光表面产生的线速度分布vL：vL＝ωP×rr＝0:step:d/2step为计算步长。所述步骤四中，备选方案一主轴转速ωP、铁笔初始摆角θ0和摆幅ψ、零件口径d和半径R、抛光盘口径D，抛光盘转动在抛光表面产生的线速度分布vP为：vP＝ωP×rP其中，θ＝θ0:step:(θ0+ψ)，α为零件球面与抛光盘球面的球心角之差，δ为角度自变量。所述步骤五中，零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS为：(三)有益效果上述技术方案所提供的球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，基于平摆式高速抛光表面材料去除速率数学模型，以提高抛光表面材料去除均匀性为原则来设计，采用该方法可以快速确定最佳工艺参数，使得精密磨削后的表面面形误差快速收敛，避免生产准备阶段的大量工艺试验。附图说明附图1为本专利技术所述的平摆式高速抛光机。附图2为本专利技术步骤四计算示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。为了实现本专利技术工艺参数设计方法，需保证3个条件：1、抛光前，表面经过精密磨削，面形精度接近设计要求；2、所用抛光机床为平摆式高速抛光机；3、零件与夹具边缘接触。参照图1所示，本专利技术所采用的平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，抛光盘包括抛光盘基体和抛光垫，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件。本专利技术球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法包括如下步骤：步骤一、将备选工艺参数列表，排列组合，形成多个备选方案。步骤二、根据所加工表面半径和备选方案一摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度。步骤三、根据备选方案一主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度。步骤四、根据备选方案一主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度。步骤五、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS。步骤六、重复步骤一至步骤五，计算各备选方案零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS。步骤七、选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。实施例以常规平摆式高速抛光机为例，一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法如下。步骤一、将备选工艺参数列表，排列组合，形成若干方案。步骤二、根据所加工表面半径R和备选方案一摆频f，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度vA。vA＝2πfR步骤三、根据备选方案一主轴转速ωP和零件口径d，计算零件转动在抛光表面产生的线速度分布vL。vL＝ωP×rr＝0:step:d/2step为计算步长步骤四、根据备选方案一主轴转速ωP、铁笔初始摆角θ0和摆幅ψ、零件口径d和半径R、抛光盘口径D，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度分布vP，α为零件球面与抛光盘球面的球心角之差，δ为角度自变量，不失一般性可选取δ＝0：0.1：2π，如附图2所示。vP＝ωP×rP步骤五、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值(RMS)。步骤六、重复步骤一至步骤五，计算各备选方案零件抛光表面相对速度分布的均方根值(RMS)，列表如下。步骤七、选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。主轴转速ωP(RPM)摆频f(Hz)初始摆角θ0(°)摆幅ψ(°)500102025本专利技术公开的一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法解决了光学透镜在生产准备阶段工艺试验时间长，研制成本高等问题，可以有效降低该类光学透镜的批量化生产前的工艺准备时间。本专利技术不局限于上述实例中所描述的工艺参数值和备选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，其特征在于，高速抛光所采用的平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件；抛光工艺参数设计方法包括如下步骤：/n步骤一、将备选工艺参数列表，排列组合，形成多个备选方案；/n步骤二、根据所加工表面半径和备选方案一的摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度；/n步骤三、根据备选方案一主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度；/n步骤四、根据备选方案一主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；/n步骤五、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS；/n步骤六、重复步骤一至步骤五，计算各备选方案零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS。/n步骤七、选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，其特征在于，高速抛光所采用的平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件；抛光工艺参数设计方法包括如下步骤：
步骤一、将备选工艺参数列表，排列组合，形成多个备选方案；
步骤二、根据所加工表面半径和备选方案一的摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度；
步骤三、根据备选方案一主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度；
步骤四、根据备选方案一主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；
步骤五、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS；
步骤六、重复步骤一至步骤五，计算各备选方案零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS。
步骤七、选取最小RMS值的备选方案作为最终工艺参数。


2.如权利要求1所述的球面光学透镜高速抛光工艺参数设计方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，沈羿，杨晓强，李心原，王朝阳，张洪顺，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12