專利名稱：：采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及光學磨鏡機，特別是采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，屬于光學機械、自動控制及計算機
技術領域：
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背景技術：
：現(xiàn)代天文科學的發(fā)展要求天文學家可以精確地確定天體的位置，并探測越來越遙遠的天體，增大天文望遠鏡的口徑、提高望遠鏡光學系統(tǒng)的是實現(xiàn)這些目標的最有效的辦法之一，因此磨制大口徑、高精度的天文光學鏡面是擺在天文光學工藝專家的重要課題。傳統(tǒng)的鏡面拋光就需要一個金屬做的拋光盤，拋光盤與光學鏡面相貼合，當磨鏡機轉動時拋光盤與鏡面產(chǎn)生相對運動，若鏡面與拋光盤中間添加研磨劑，通過一定時間的研磨，光學鏡面的面形就完全與拋光盤貼合，因為加工的拋光盤是圓的一部分，生成球面面形，通過拋光可以得到高精度的球面面形，這個過程稱為球面拋光，而在加工大口徑非球面鏡面時就發(fā)生了困難，因為不可能加工出精度和面形與光學鏡面完全相同的非球面金屬盤，傳統(tǒng)的方法是仍采用球面的拋光盤，依靠人工修整拋光盤來控制加工精度，加工進度和精度直接依賴于人的經(jīng)驗和技術，加工周期長，精度無法保證。世界各國的光學工藝專家都在探索解決大口徑光學鏡面的加工方法，主動壓力拋光是一種新技術，它主要解決大口徑非球面光學鏡面加工的周期和精度，在加工過程中，根據(jù)拋光盤在鏡面的位置和角度，主動實時地將拋光盤變形為鏡面上相應部分的非求面，使拋光盤的面形總是與所需要的鏡面面形相一致，于是可以用磨制球面鏡的方法來加工大口徑高精度的非球面天文鏡面，這種技術稱為主動壓力拋光。經(jīng)典的磨制鏡面時使用的拋光拋光盤較輕，因此拋光盤對鏡面的加壓相對比較容易，通常只要在拋光盤上加一個一定重量的重物，使拋光盤對光學鏡面有一個壓力，這個壓力的大小由拋光盤的自重和附加重物的總和，增減附加重物的重量就可以調節(jié)對鏡面的壓力大小，就可以調節(jié)拋光盤對鏡面的壓力大小。在采用了主動光學拋光盤以后，拋光盤本身自重較重，在加工過程中必須卸荷，并保持拋光盤對光學鏡面的壓力恒定。圖1是現(xiàn)有技術光學磨鏡機中使用的一個主動壓力拋光盤機械結構，它有12個電機(力促動器)，每三個電機組成一組加力組，一共有四個加力組，均勻地分布在金屬盤的四周，當電機組根據(jù)要求加上不同的力，使金屬盤面變形，當加力合適，就可以獲得所要求的面形，利用這種原理和結構組成的專門用于光學加工時用作細磨和拋光工序的金屬模盤稱作主動拋光盤。主動壓力拋光盤自重壓在光學鏡面上的壓力太重，不能進行光學拋光加工，有的光學磨鏡機床是另外加上一個平衡機構，再對拋光盤(模)加一個恒定壓力，保證加工要求。我們設想，主動壓力拋光盤的自重就是一個壓力源，采用一種簡單的機械機構和相應的控制方法，減輕主動壓力拋光盤對鏡面的壓力(卸荷)，并保證加工過程中拋光盤對鏡面的壓力保持不變。由圖1可以看出，主動壓力拋光盤是一個對稱結構，合理的機械設計，我們可以把它當作一個平面剛體來考慮，其等效重心在主動壓力拋光盤的垂直中心，其等效重量為G，作用于等效重心O點，這樣，若在主動壓力拋光盤的等徑圓周上，均勻加上三個提升力P1、P2、P3(或加一個提升力P于主動壓力拋光盤的重心O點)，根據(jù)平面力系的平衡原理，則P1+P2+P3＝G，若P1＝P2＝P3，則可以證明P1＝P2＝P3＝1/3G＝G′，每一個提升力提升總重量的三分之一。上述主動壓力拋光盤的提升力壓力控制器結構，本申請人已另案申請專利。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的提供一種采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，運用計算機控制軟件控制主動拋光盤的面形、壓力以及控制磨鏡機的各部分運行，從而磨制出大口徑、高精度的非球面天文鏡面。本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，含安裝在磨鏡機垂直轉軸上的磨頭及磨頭盤，磨頭及磨頭盤滑動配合在磨鏡機橫梁導軌上，磨頭下設有主動壓力拋光盤，與主動壓力拋光盤相對的被加工光學鏡面置于旋轉的底盤工作臺上，在主動壓力拋光盤上設有使拋光盤變形的12個力促動器電機及三個提升點，提升點通過帶有絲桿的機械傳動鏈聯(lián)接于壓力驅動電機的輸出端，壓力驅動電機固定在磨頭盤上，機械傳動鏈中設置有重力傳感器，12個力促動器電機連接有拉力傳感器，橫梁、拋光盤及底盤上設有位置傳感器，拋光盤側設有位移傳感器，其特征是由計算機讀取磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標，根據(jù)主動拋光盤相對于鏡面的坐標，通過12個力促動器拉緊鋼絲繩主動實時加力、讀取重力傳感器通過機械傳動鏈施力三個提升點；讀取位移傳感器并與理想面形比較，通過力促動器修正誤差。上述采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法編制了計算機控制程序，包括以下內容(1)磨鏡工作流程以磨鏡機和主動拋光盤為控制對象，首先通過對話框進行參數(shù)設定，磨鏡工作之前，需要設定橫梁左右限位的數(shù)值、橫梁轉速、橫梁往返限次運動時的次數(shù)、拋光盤的速度、拋光盤往返運動時的次數(shù)、拋光盤往返運動時左右限位的位置、底盤的速度，橫梁、底盤、拋光盤的工作方式，計算機讀磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標，如果橫梁位置到左(右)限位位置，計算機輸出指令，使橫梁反向，速度的大小保持不變，根據(jù)主動拋光盤相對于鏡面的坐標，計算機查表，得到12個力促動器各自應加力的數(shù)值，計算機通光電隔離的接口卡，把數(shù)字信號輸出計算機，依次選通12個變形系統(tǒng)，使12個力促動器精確加力，12個促動器拉緊鋼絲繩，主動拋光盤面型隨之改變，得到磨鏡需要的面型，計算機把當前橫梁、底盤、拋光盤的工作狀態(tài)當前速度、是否到限位、是否在轉向、計算機占用CPU的時間、主動拋光盤變形情況，以文字顯示在界面的“工作狀態(tài)指示”欄中，其中以游標形式動態(tài)顯示當前橫梁位置，主動拋光盤部分預設參數(shù)是主動拋光盤對鏡面的壓力，此壓力的大小控制了對鏡面磨削量的大小，程序對每一項均設有默認值，磨鏡工作結束，輸入提升高度值，主動拋光盤的提升機構把主動拋光盤拉起到指定高度，拋光盤與鏡面分離；(2)定標及面型檢驗流程以主動拋光盤和位移傳感器LVDT為控制對象，定標就是求剛度矩陣，剛度矩陣是12個力促動器的加力值與拋光盤面型變化量的變換矩陣，剛度矩陣由實測得到的數(shù)據(jù)計算獲得，程序首先進行初始化，測量次數(shù)No＝1，為了保證求得的剛度矩陣的準確性和穩(wěn)定性，測量要重復12次，最后結果進行均方根平均，促動器號N＝1，即從1#促動器開始依次加力，I＝0，即從90牛頓開始加力，計算機向主動拋光盤發(fā)出指令每個力促動器加力210牛頓，然后計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)作為基準面型，下面測到的數(shù)據(jù)都要減掉基準面型值，才是拋光盤的變形量，計算機控制1號力促動器產(chǎn)生預定拉力，其余促動器保持基準拉力，計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，然后此數(shù)據(jù)減掉基準面型值，得到拋光盤的變形量，把此值保存到計算機，然后1號促動器再加6牛頓，以同樣方式得到數(shù)據(jù)存入計算機，直到加力值達到210牛頓，然后進行第2號力促動器的加力、測量面型，這樣依次進行12個促動器變形、測量，從而第1次的測量完成，重復上面的步驟，進行12次，然后把12次得到的數(shù)據(jù)平均，即為最后測量結果，調用數(shù)學分析計算程序，對測量數(shù)據(jù)進行平移、傾斜消差，然后計算出剛度矩陣K，利用K和理想面型值，求出加力表，定標的工作結束。本發(fā)明的優(yōu)點及效果主動拋光盤計算機控制軟件是通過控制主動拋光盤的面形、壓力以及控制磨鏡機的運行，從而磨制出大口徑、高精度的非球面天文鏡面。在拋光過程中，主動拋光盤各部分對鏡面的局部壓力分布，可以根據(jù)拋光盤與鏡面的相對位置由計算機主動調節(jié)。而且根據(jù)光學加工的要求，主動拋光盤的轉速、轉向、工作區(qū)間、對鏡面的壓力均可通過計算機隨時修改。主動拋光盤的采用，大大提高了大型非球面鏡面加工的效率。與傳統(tǒng)的小工具磨制非球面相比，主動拋光盤磨制鏡面可以避免切帶，且效率更高。本軟件把光學加工專家的多年經(jīng)驗加以總結和發(fā)展，在加工過程中，遵循他們的某些光學加工經(jīng)驗知識，自動控制磨鏡機及拋光盤的各種動作，與此同時，又允許磨鏡技術人員自由修改各種參數(shù)、選擇工作方式，從而讓他們能完全的、按自己的要求控制磨鏡的過程?；赪indows的工控軟件，擁有友好的人機界面，易學好用。從而能夠順利推廣高精度、大口徑天文鏡面磨制技術。使用此軟件控制的主動拋光盤和磨鏡機，實驗加工了一塊直徑為910mm、焦比為f/2的拋物面鏡面，經(jīng)過三個多月實驗已經(jīng)完成拋光磨制，加工精度RMS≤1/30λ，已經(jīng)達到了世界先進水平。2003年12月25日，國家自然科學基金測試小組現(xiàn)場測試，得出鏡面4個方向的PV值和RMS值，平均的RMS全口徑為0.05λ，全口徑的95％，RMS平均值為0.034λ。此軟件控制的主動壓力拋光盤變形精度為RMS2.62u，誤差峰谷值為7.6u。優(yōu)于此課題立項時的指標要求。此軟件控制的磨鏡機、主動拋光盤各項動作均達到要求。圖1是現(xiàn)有技術光學磨鏡機中使用的一個主動壓力拋光盤機械結構示意圖；圖2是本發(fā)明中主動拋光盤的變形控制系統(tǒng)框圖；圖3是本發(fā)明中計算機控制系統(tǒng)結構圖；圖4是本發(fā)明中計算機控制系統(tǒng)各模塊的數(shù)據(jù)流示意圖；圖5是本發(fā)明中主動拋光盤控制軟件模塊框圖；圖6是本發(fā)明中磨鏡工作程序流程圖；圖7是本發(fā)明中定標程序流程圖。具體實施例方式一、軟件編程思想主動拋光盤計算機控制軟件控制磨鏡機的運動，并通過磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器(光電編碼器)，獲得主動拋光盤相對于被磨制鏡面的坐標，通過查表(lookuptable)，得到在當前的位置，12組力促動器應該加的拉力，向12組力促動器的控制電路輸出12位的數(shù)據(jù)和相應的控制各個促動器電路工作的控制信號(均為+12V電平的開關量)。主動、實時加力，使拋光盤變形為鏡面上相應部分的理想的非球面，從而可以用磨制球面的方法來磨制高精度、大口徑的非球面的天文鏡面。其中建立lookuptable這樣一個數(shù)據(jù)表相當重要。這要經(jīng)過定標和生成look_uptable兩個過程。1、用最小二乘法求剛度矩陣(即定標)12個力促動器依次加力，16個取樣點的位移傳感器LVDT得到16個LVDT的測量值(位移傳感器的變化量)，但是拋光盤的變形量與LVDT的測量值之間有一個平移、傾斜的關系。k110...0k210...0............k16,10...016×12×f10...012×1=u1u2...u1616×1]]>定標時依次給12個電機加力，得到數(shù)據(jù)，然后進行矩陣計算，K16×12×F12×21＝U16×21，K＝U/F，從而得到[K]。2、用阻尼最小二乘法求變形力，生成look_uptable主動拋光盤的工作是磨鏡機橫梁每10mm，拋光盤每5°，拋光盤變形一次，橫梁工作范圍是0～365mm，拋光盤工作范圍0～360°，所以在存在74×72＝5328個方程，U16×5328為鏡面的理想面型。用最小二乘法解超定方程K16×12×F12×5328＝U16×5328最小二乘解為F12×5328＝(KTK)-1KTU由于測量誤差等原因，所求出的變形力可能遠遠超出促動器的允許加力范圍(動態(tài)范圍)，所以我們采樣阻尼最小二乘法，其解為F12×5328＝(KTK+PI)-1KTUI是單位矩陣，P是阻尼因子，選擇適當?shù)腜，就可以得到加力允許范圍內的解可以證明阻尼最小二乘法得到的解是n維變量空間中一初始點為中心，解點為表面點的n維橢球中的最優(yōu)解。阻尼最小二乘法是K.Levenberg1944年提出的算法在光學自動設計中有著廣泛的應用，它可以有效的解決非線性和此類有誤差問題。當然，這種算法運算量極大，如果在磨鏡的工作中實時計算，將極大占用計算機的時間，影響計算機對磨鏡機和主動拋光盤變形的實時控制。為此，計算機在工作之前進行計算，并把結果生成一定格式的數(shù)據(jù)表格，在工作中查表控制拋光盤的面型。二、硬件環(huán)境主控計算機是一臺工業(yè)控制計算機CPUPII450，主板PCA-6176L，底板PCA-6114P414槽ISA/PCI無源底板，機箱IPC-610，內存256MSDRAM，硬盤QT8.4G工控機中插3塊接口卡工控機與磨鏡機的控制電路之間使用臺灣威達公司的光電隔離的I/O卡ISO-P32C32工控機與拋光盤變形、提升機構的控制電路之間使用另一塊ISO-P32C32工控機與LVDT的面型檢測電路之間使用威達公司A-821PGLA/D卡三、軟件環(huán)境采用windows98操作系統(tǒng)，Windows是一個基于消息的非搶先式多任務操作系統(tǒng)?？刂栖浖捎肰isualC++6.0編寫。四、具體功能設計主動拋光盤計算機控制軟件分為4個部分1、主界面主界面上方有主菜單，其中包括文件、工作、數(shù)據(jù)處理、幫助等子菜單，磨鏡工作的命令都在這些菜單下。為方便工作，程序設置了3個對話框界面磨鏡工作界面，系統(tǒng)檢測維護界面，定標及面型檢驗界面。背景是磨鏡機和拋光盤全貌。2、磨鏡工作模塊如3～5圖所示，子系統(tǒng)控制磨鏡機工作、拋光盤變形、拋光盤對鏡面的壓力。用戶可以根據(jù)磨鏡的工藝要求，在界面選擇磨鏡機三軸工作方式磨鏡機橫梁的運動方式(定位、往返無限次運動、往返限次運動)、拋光盤的運動方式(定位、往返運動、單向無限次運動、單向限次運動)、底盤的運動方式(定位、單向無限次運動)。在界面的對話框中輸入各種參數(shù)橫梁左右限位的數(shù)值、橫梁轉速、橫梁往返限次運動時的次數(shù)、拋光盤的速度、拋光盤往返運動時的次數(shù)、拋光盤往返運動時左右限位的位置、底盤的速度等等。之所以設定如此之多的運動方式、參數(shù)設定，是為了最大限度上滿足磨鏡的要求、使磨鏡在工藝上更加方便，使我們能夠更隨心所欲的控制磨鏡過程。當然，為了計算機操作人員的便利，程序為每一項設置了默認值，這是本課題的光學加工專家在長期的磨鏡過程中得出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。這樣每次磨鏡，工作人員往往只需改動幾個參數(shù)即可，提高了工作效率。本子系統(tǒng)在完全控制磨鏡機的同時，還控制主動拋光盤的變形工作。程序根據(jù)拋光盤與鏡面的相對位置，查表求得12個促動器各自應加的力，使拋光盤變形。在“笑臉”按鈕按下，即“笑臉”笑時，此工作開始。否則，拋光盤不變形。本系統(tǒng)第三個重要功能就是控制主動拋光盤對鏡面的壓力、控制主動拋光盤的提升和下降。3個提升機構的提升點間隔120°，這樣的機構保證了盤面對鏡面的壓力一致。在磨鏡時，切換到壓力控制。在每天工作完畢后，再切換到位置控制，則拋光盤被提升到指定的位置，離開鏡面。3、統(tǒng)檢測維護模塊當主動拋光盤系統(tǒng)需要檢修時，使用此界面。對12個變形促動器和3個提升促動器可以分別單個加力，同時通過力傳感器測得實際加力數(shù)值。送出力的16進制代碼顯示在屏幕上。通過對比拋光盤電路數(shù)據(jù)總線上測到的代碼，即可輕松判斷數(shù)據(jù)線是否正常?？筛鶕?jù)每個促動器子系統(tǒng)傳給工控機的實際變形拉力，判斷該閉環(huán)子系統(tǒng)是否工作正常。4、定標及面型檢驗模塊定標的過程也就是求剛度矩陣的過程。剛度矩陣反映了12個電機的力與主動拋光盤面型之間的關系。為了得到足夠精度的剛度矩陣K，定標時依次給12個電機加力(90N～210N，每6牛頓一個90N96N102N...204N206N)以150N為中點。K16×12×F12×252＝U16×252，即試驗次數(shù)90N、96N...204N、210N，共21次即N1＝N2＝...＝N12＝21次。21×12＝252次加力實驗，每加一次力，測得反映拋光盤面型的16個LVDT數(shù)據(jù)，這樣一次定標要處理252×16＝4032個數(shù)據(jù)。由前面的數(shù)學分析知這4032個數(shù)據(jù)還要經(jīng)過消X、Y方向平移、消傾斜的處理，數(shù)據(jù)才能用于計算K陣。為了驗證求得的剛度矩陣的準確性和穩(wěn)定性，定標的工作會重復很多次，工作量相當大。如果依靠手工測量，定標一次將花1～2天時間中間還不能間斷，實驗人員的體力精力將無法承受。而定標子系統(tǒng)則在相當程度上自動完成上面大部分工作，程序每隔固定時間(1500ms)向每個力促動器依次發(fā)出變形指令，變形穩(wěn)定后，LVDT采樣，計算機記錄面型變化。在完成原始數(shù)據(jù)采集后，子系統(tǒng)消平移、傾斜誤差，得到文件U.txt。歷時4小時自動完成，排除了人為因素，保證了實驗的準確性。實驗求得的剛度矩陣是否能夠真實反映拋光盤的特性，還必須經(jīng)過實際變形的檢驗。面型檢驗程序的作用就是把lookup中的力數(shù)據(jù)傳給主動拋光盤的變形機構，控制拋光盤變形。LVDT測出此時的面型變化，經(jīng)過消平移、傾斜誤差，與理想面型對比。工控機與LVDT的面型檢測電路之間使用威達公司A-821PGLA/D卡。使用的LVDT(差動變壓器式的位移傳感器LinearVariableDifferentialTransformer)測量范圍0～±1mm，，靈敏度2500mv/mm，輸出電壓±2.5V，線性度0.5％，電源電壓±12V，尺寸Φ12×45mm。16個LVDT輸出的模擬量輸入計算機，通過16通道的A/D卡，A/D變換后，每通道得到12位的16進制代碼，計算機再把代碼換算為拋光盤的變形量。同時計算機屏幕上顯示出當前的拋光盤的3維面型，操作人員可以放大、縮小、XYZ3軸旋轉、XYZ3軸平移等等，從各個角度觀察分析面型。五、計算機控制對象分析在磨制鏡面時，控制軟件以磨鏡機和主動拋光盤為控制對象，在定標和面型檢驗時，控制軟件以主動拋光盤和LVDT(差動變壓器式的位移傳感器)為控制對象。主動拋光盤的機械原理圖1。主動拋光盤的直徑450mm，采用12個力促動器，根據(jù)力學計算，對應拋光盤直徑300mm內±0.3mm的最大變形要求，每個力促動器的最大的加力范圍±300N。(此處的300mm指有效直徑，即拋光盤鋁基板的邊緣在力促動器加力后會產(chǎn)生邊緣效應，故拋光盤最外圈不適合工作)力促動器的加力精度＜0.5N，加力分辨率＜0.15N。主動拋光盤的變形控制系統(tǒng)由12個閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)的框圖見圖2。這12個閉環(huán)系統(tǒng)接受計算機相應的數(shù)據(jù)，各自實時保持自己系統(tǒng)對鋁基板的拉力。主動拋光盤在每一點的面型都是所有力促動器的共同影響的結果。計算機控制系統(tǒng)的具體工作可以分為計算機接口電路、計算機軟件編程、計算機對實驗數(shù)據(jù)的分析處理。主動拋光盤計算機控制系統(tǒng)實際控制2大部分主動拋光盤和磨鏡機。其中主動拋光盤部分包括變形系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)。而磨鏡機部分包括橫梁、拋光盤、底盤。計算機控制橫梁，就是控制了主動拋光盤在鏡面上的工作區(qū)間、徑向運動速度。計算機控制拋光盤，就是控制了主動拋光盤自身的旋轉方向、速度及工作方式(如單向、在一定區(qū)間往返)。計算機控制底盤，由于底盤托載玻璃，從而控制了玻璃的旋轉方向、速度及工作方式(單向、在一定區(qū)間往返)。計算機通過通過磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器(光電編碼器)，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標，然后控制變形系統(tǒng)，主動實時加力，主動拋光盤變形為鏡面上相應部分的非球面(對拋光盤來講是一個偏軸非球面)。計算機根據(jù)光學工藝的要求，通過壓力系統(tǒng)，控制主動拋光盤對鏡面的壓力。其中壓力控制系統(tǒng)是3套獨立的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。它們接受計算機的命令，實時保持拋光盤對鏡面的壓力，從而免除了計算機的負擔。在需要使拋光盤與鏡面分離時，計算機控制提升系統(tǒng)，把拋光盤提升至指定位置。六、程序工作流程1、磨鏡工作流程見圖6，磨鏡工作之前，①通過對話框進行參數(shù)設定需要設定橫梁左右限位的數(shù)值、橫梁轉速、橫梁往返限次運動時的次數(shù)(運行到指定次數(shù)時，自動停止工作，工作次數(shù)的設定使得磨鏡工作量更加細致，更易于控制)、拋光盤的速度、拋光盤往返運動時的次數(shù)、拋光盤往返運動時左右限位的位置、底盤的速度，橫梁、底盤、拋光盤的工作方式。這樣，在此軟件控制下的磨鏡機工作靈活、精確，橫梁、底盤、拋光盤可以根據(jù)光學工藝的要求，以任意方向、任意速度、任意區(qū)間工作，可以特別磨制鏡面的某一個區(qū)域。這些都是傳統(tǒng)磨鏡機難以做到的。主動拋光盤部分預設參數(shù)是主動拋光盤對鏡面的壓力，此壓力的大小控制了對鏡面磨削量的大小。程序對每一項均設有默認值，這是本課題人員在磨鏡過程中的經(jīng)驗總結。根據(jù)磨鏡的要求，操作人員可以以經(jīng)驗值為參考，自由修改。②點擊“變壓力”按鈕，放下主動拋光盤，以預定壓力壓在鏡面上。點擊“底盤運行”、“拋光盤運行”、“橫梁運行”按鈕，依次啟動底盤、拋光盤、橫梁點擊“笑臉”按鈕，所有對話框變灰，不再接受輸入?yún)?shù)。計算機進入自動控制全部工作過程狀態(tài)，不再需要工作人員操作。當然，如有必要，操作人員可以隨時中止計算機工作或改變計算機工作狀態(tài)。在出現(xiàn)異常情況時，點擊“緊急制動”按鈕可以立即使磨鏡機、主動拋光盤停止工作。③計算機讀磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器(光電編碼器)，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標。如果橫梁位置到左(右)限位位置，計算機輸出指令，使橫梁反向，速度的大小保持不變。④根據(jù)主動拋光盤相對于鏡面的坐標，計算機查表，得到12個力促動器各自應加力的數(shù)值。計算機通過臺灣威達公司的光電隔離的I/O卡ISO-P32C32接口卡，把數(shù)字信號輸出計算機，依次選通12個變形系統(tǒng)，使12個力促動器精確加力，12個促動器拉緊鋼絲繩，主動拋光盤面型隨之改變，得到磨鏡需要的面型。⑤計算機把當前橫梁、底盤、拋光盤的工作狀態(tài)(當前速度、是否到限位、是否在轉向、計算機占用CPU的時間、主動拋光盤變形情況)以文字顯示在界面的“工作狀態(tài)指示”欄中，其中以游標形式動態(tài)顯示當前橫梁位置。⑥磨鏡工作結束，輸入提升高度值，點擊“提升”按鈕，主動拋光盤的提升機構把主動拋光盤拉起到指定高度，拋光盤與鏡面分離。2、定標工作流程(見圖7)定標就是求剛度矩陣，剛度矩陣是12個力促動器的加力值與拋光盤面型變化量的變換矩陣。剛度矩陣由實測得到的數(shù)據(jù)計算獲得。定標程序完全由計算機歷時4小時自動完成，排除了人為因素，保證了實驗的準確性。定標程序流程圖說明程序首先進行初始化，測量次數(shù)No＝1(為了保證求得的剛度矩陣的準確性和穩(wěn)定性，測量要重復12次，最后結果進行均方根平均。)促動器號N＝1(即從1#促動器開始依次加力)，I＝0(即從90N開始加力)；計算機向主動拋光盤發(fā)出指令每個力促動器加力210N。然后計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)作為基準面型，下面測到的數(shù)據(jù)都要減掉基準面型值，才是拋光盤的變形量。計算機控制1號力促動器產(chǎn)生預定拉力，其余促動器保持基準拉力，計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，然后此數(shù)據(jù)減掉基準面型值，得到拋光盤的變形量。把此值保存到計算機。然后1號促動器再加6牛頓，以同樣方式得到數(shù)據(jù)存入計算機。直到加力值達到210N。然后進行第2號力促動器的加力、測量面型，這樣依次進行12個促動器變形、測量。從而第1次的測量完成。重復上面的步驟，進行12次，然后把12次得到的數(shù)據(jù)平均，即為最后測量結果。調用數(shù)學分析計算程序，對測量數(shù)據(jù)進行平移、傾斜消差，然后計算出剛度矩陣K，利用K和理想面型值，求出加力表，定標的工作結束。權利要求1.采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，含安裝在磨鏡機垂直轉軸上的磨頭及磨頭盤，磨頭及磨頭盤滑動配合在磨鏡機橫梁導軌上，磨頭下設有主動壓力拋光盤，與主動壓力拋光盤相對的被加工光學鏡面置于旋轉的底盤工作臺上，在主動壓力拋光盤上設有使拋光盤變形的12個力促動器電機及三個提升點，提升點通過帶有絲桿的機械傳動鏈聯(lián)接于壓力驅動電機的輸出端，壓力驅動電機固定在磨頭盤上，機械傳動鏈中設置有重力傳感器，12個力促動器電機連接有拉力傳感器，橫梁、拋光盤及底盤上設有位置傳感器，拋光盤側設有位移傳感器，其特征是由計算機讀取磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標，根據(jù)主動拋光盤相對于鏡面的坐標，通過12個力促動器拉緊鋼絲繩主動實時加力、讀取重力傳感器通過機械傳動鏈施力三個提升點；讀取位移傳感器并與理想面形比較，通過力促動器修正誤差。2.根據(jù)權利要求1所述采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，其特征是編制了計算機控制程序，包括以下內容(1)磨鏡工作流程以磨鏡機和主動拋光盤為控制對象，首先通過對話框進行參數(shù)設定，磨鏡工作之前，需要設定橫梁左右限位的數(shù)值、橫梁轉速、橫梁往返限次運動時的次數(shù)、拋光盤的速度、拋光盤往返運動時的次數(shù)、拋光盤往返運動時左右限位的位置、底盤的速度，橫梁、底盤、拋光盤的工作方式，計算機讀磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器，獲得主動拋光盤相對于鏡面的坐標，如果橫梁位置到左(右)限位位置，計算機輸出指令，使橫梁反向，速度的大小保持不變，根據(jù)主動拋光盤相對于鏡面的坐標，計算機查表，得到12個力促動器各自應加力的數(shù)值，計算機通光電隔離的接口卡，把數(shù)字信號輸出計算機，依次選通12個變形系統(tǒng)，使12個力促動器精確加力，12個促動器拉緊鋼絲繩，主動拋光盤面型隨之改變，得到磨鏡需要的面型，計算機把當前橫梁、底盤、拋光盤的工作狀態(tài)當前速度、是否到限位、是否在轉向、計算機占用CPU的時間、主動拋光盤變形情況，以文字顯示在界面的“工作狀態(tài)指示”欄中，其中以游標形式動態(tài)顯示當前橫梁位置，主動拋光盤部分預設參數(shù)是主動拋光盤對鏡面的壓力，此壓力的大小控制了對鏡面磨削量的大小，程序對每一項均設有默認值，磨鏡工作結束，輸入提升高度值，主動拋光盤的提升機構把主動拋光盤拉起到指定高度，拋光盤與鏡面分離；(2)定標及面型檢驗流程以主動拋光盤和位移傳感器LVDT為控制對象，定標就是求剛度矩陣，剛度矩陣是12個力促動器的加力值與拋光盤面型變化量的變換矩陣，剛度矩陣由實測得到的數(shù)據(jù)計算獲得，程序首先進行初始化，測量次數(shù)No＝1，為了保證求得的剛度矩陣的準確性和穩(wěn)定性，測量要重復12次，最后結果進行均方根平均，促動器號N＝1，即從1#促動器開始依次加力，I＝0，即從90牛頓開始加力，計算機向主動拋光盤發(fā)出指令每個力促動器加力210牛頓，然后計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)作為基準面型，下面測到的數(shù)據(jù)都要減掉基準面型值，才是拋光盤的變形量，計算機控制1號力促動器產(chǎn)生預定拉力，其余促動器保持基準拉力，計算機讀微位移傳感器LVDT測量得到的數(shù)據(jù)，然后此數(shù)據(jù)減掉基準面型值，得到拋光盤的變形量，把此值保存到計算機，然后1號促動器再加6牛頓，以同樣方式得到數(shù)據(jù)存入計算機，直到加力值達到210牛頓，然后進行第2號力促動器的加力、測量面型，這樣依次進行12個促動器變形、測量，從而第1次的測量完成，重復上面的步驟，進行12次，然后把12次得到的數(shù)據(jù)平均，即為最后測量結果，調用數(shù)學分析計算程序，對測量數(shù)據(jù)進行平移、傾斜消差，然后計算出剛度矩陣K，利用K和理想面型值，求出加力表，定標的工作結束全文摘要采用主動壓力拋光盤磨制非球面光學鏡面的方法，利用計算機控制軟件控制磨鏡機的運動，并通過磨鏡機的橫梁、拋光盤、底盤的位置傳感器(光電編碼器)，獲得主動拋光盤相對于被磨制鏡面的坐標，通過查表得到在當前的位置，向12組力促動器的控制電路輸出12位的數(shù)據(jù)和相應的控制各個促動器電路工作的控制信號，主動、實時加力，使拋光盤變形為鏡面上相應部分的理想的非球面，從而可以用磨制球面的方法來磨制高精度、大口徑的非球面的天文鏡面。文檔編號B24B13/06GK1554514SQ20031011278公開日2004年12月15日申請日期2003年12月26日優(yōu)先權日2003年12月26日發(fā)明者楊世海申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所,中國科學院國家天文臺南京天文光學技