專利名稱：一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置及制造方法，屬于光學(xué)零件加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
各類球面、非球面光學(xué)零件是照相機(jī)、(XD、醫(yī)療儀器、測(cè)量?jī)x器、空間探測(cè)器、天文望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)系統(tǒng)的常用零件，有著大量及廣泛的應(yīng)用需求，目前不但要求制造精度高，其需求量也非常巨大，因此要求高效率地加工制造。隨著現(xiàn)代光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際上采用多種加工工藝都可以加工出高品質(zhì)的光學(xué)鏡零件。利用單點(diǎn)金剛石車削、數(shù)控研磨、計(jì)算機(jī)控制小磨頭研拋、能動(dòng)盤技術(shù)、聚束能流技術(shù)等，均可以加工十幾mm到幾百mm 口徑的光學(xué)零件。德國(guó)Zeiss公司為了加工光刻機(jī)非球曲面投影鏡頭，早期曾利用傳統(tǒng)的銑磨方法加工，但加工效率低，工期不確定因素很多，完工期限不易保證，常導(dǎo)致很高的加工費(fèi)用。所以，Zeiss從上世紀(jì)90年代開始，采用了傳統(tǒng)光學(xué)加工與超精密數(shù)控機(jī)床加工相結(jié)合的方法。目前^iss公司所生產(chǎn)的光刻機(jī)投影鏡頭的特點(diǎn)是口徑大，非球度大，精度要求極高， 生產(chǎn)數(shù)量較大，可以在短周期內(nèi)確保按計(jì)劃供貨。加工過程中全部采用數(shù)控設(shè)備。毛坯通過普通精度專用數(shù)控磨床直接磨出非球面的大致形狀，然后通過超精密數(shù)控非球面磨床精磨，以獲得可以直接拋光的非球面面形，再進(jìn)行拋光機(jī)械小磨頭數(shù)控拋光、磁流變拋光和離子束拋光。但無論數(shù)控研磨和拋光加工，每一加工階段均需要進(jìn)行離線檢測(cè)。美國(guó)的Moore、英國(guó)的Taylor Hobson、荷蘭的Philips、英國(guó)的Granfield等公司或大學(xué)均為高精度光學(xué)零件的生產(chǎn)研制了專用光學(xué)零件制造裝備。1998年Moore公司研制的Nanotech 500FG五軸自由曲面銑、磨機(jī)床，最大加工直徑為500mm，表面粗糙度最高能達(dá)到RaO. 005 μ m。英國(guó)Granfield大學(xué)精密工程研究所研制的0AGM2500六軸數(shù)控超精密磨床，可用于光學(xué)零件超精密車削、磨削，其加工面形精度可達(dá)2. 5μπι。日本東芝機(jī)械、豐田工機(jī)、不二越、Fanuc, Nagasei公司等生產(chǎn)了多品種商品化的超精密磨削加工機(jī)床，可用于各種尺寸平面、球面、非球面光學(xué)零件的超精密鏡面加工。國(guó)際光學(xué)零件制造的主要工藝環(huán)節(jié)之一是高精度測(cè)量技術(shù)。目前，對(duì)各類口徑非球面的高精度檢測(cè)有多種理論與方法研究，主要方法包括掃描(坐標(biāo))測(cè)量方法、零補(bǔ)償鏡方法、光學(xué)與計(jì)算全息法、子孔徑拼接方法、無像差點(diǎn)檢驗(yàn)法、剪切干涉測(cè)量方法等。并且依據(jù)原理不同研制開發(fā)出了多類型的測(cè)量?jī)x器，如美國(guó)ZYGO公司數(shù)字波面干涉儀、美國(guó) QED公司SSI自動(dòng)拼接干涉儀、英國(guó)Taylor Hobson公司PGI測(cè)量?jī)x器、德國(guó)LOH公司測(cè)量?jī)x器等。對(duì)光學(xué)零件表面進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量的方法是離線的掃描(坐標(biāo))測(cè)量方法，有些超精密機(jī)床帶有獨(dú)立計(jì)量框架上的測(cè)量系統(tǒng)，也可以進(jìn)行坐標(biāo)在位測(cè)量。主要問題是面型的測(cè)量精度低，其中運(yùn)動(dòng)精度和測(cè)量頭精度決定其綜合測(cè)量精度大于1 2μπι。對(duì)光學(xué)零件表面直接有效的方法是干涉測(cè)量法，干涉測(cè)量的靈敏度高，加之附以補(bǔ)償器、計(jì)算全息、移相、鎖相、外差、條紋掃描等先進(jìn)技術(shù)，是檢測(cè)非球面的主要途徑。其中最主要的高精度測(cè)量方法是零位補(bǔ)償法，是利用零位補(bǔ)償鏡將非球面的波前轉(zhuǎn)換成球面波，再與已知參考波前進(jìn)行干涉。目前國(guó)外也已經(jīng)有商用儀器如ZYGO公司等產(chǎn)品，面形精度達(dá)λ/20或更高(P-V 值)；可以測(cè)量球面、非球面透鏡的面形及平面光學(xué)元件的平行度等參數(shù)。零位補(bǔ)償法的不足之一是需要設(shè)計(jì)和裝配復(fù)雜的補(bǔ)償鏡，不僅制作精度要求很高，在裝調(diào)過程中相對(duì)位置也要求非常精確，稍有偏差，就會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成很大影響。特別是不能單獨(dú)測(cè)量補(bǔ)償器的補(bǔ)償效果，這對(duì)提高非球面光學(xué)零件的加工精度和高效率制造存在較大技術(shù)障礙。計(jì)算全息法檢測(cè)仍然屬于干涉測(cè)量法，基本原理是將計(jì)算全息圖(CGH)作為零位補(bǔ)償器，用來檢測(cè)非球面。它的優(yōu)點(diǎn)是所用的球面輔助鏡只需檢測(cè)球心即可，缺點(diǎn)是仍然需要制作CGH。子口徑拼接法是利用小口徑干涉儀每次檢測(cè)大口徑光學(xué)元件的一部分區(qū)域，在完成全孔徑測(cè)量后，使用適當(dāng)?shù)钠唇铀惴ㄖ貥?gòu)出全孔徑面形信息。一般的研究表明，子孔徑拼接法技術(shù)得到的最終表面粗糙度指標(biāo)精度差別不大，而面形精度在拼接后很難保證。剪切干涉技術(shù)隨著數(shù)學(xué)方法研究的深入逐步被利用起來，剪切干涉技術(shù)不需要標(biāo)準(zhǔn)參考波面，且靈敏度可調(diào)，因此特別有利于測(cè)量與球面相差較大的非球面。剪切干涉測(cè)量技術(shù)實(shí)際是一種典型的相位恢復(fù)技術(shù)，主要原理是利用剪切元件或剪切位移使光束產(chǎn)生差值進(jìn)行干涉測(cè)量，但剪切干涉圖體現(xiàn)的不是被測(cè)波面的形狀，而是波面形狀差分，因此在判讀和分析剪切干涉圖時(shí)不如其他干涉法那樣簡(jiǎn)單直觀，需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理。其不足是在重構(gòu)算法和信息完整性方面還有缺陷，優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)成共光路的徑向剪切干涉測(cè)量系統(tǒng)，使其具有防震動(dòng)、抗干擾，適合在線測(cè)量等特點(diǎn)。這一方法的移相方式容易實(shí)現(xiàn)，可有效地克服干涉測(cè)量過程中振動(dòng)和氣流擾動(dòng)的影響，實(shí)現(xiàn)光學(xué)零件的高精度干涉測(cè)量。針對(duì)最近幾年大量大口徑光學(xué)非球面元件的制造問題，長(zhǎng)春光機(jī)所曾于1991年開始研制集銑磨成形、精細(xì)磨、拋光及在線檢測(cè)于一體的四軸聯(lián)動(dòng)非球面加工機(jī)床FSGJ-1， 口徑可達(dá)800mm，拋光精度為面形誤差小于λ/20rms，檢測(cè)儀器是一臺(tái)自行研制的徑向數(shù)字剪切干涉儀，專門用于精磨、粗拋階段的定量在線檢測(cè)，該測(cè)試設(shè)備未與加工設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化連接集成。2004年成都光電所在進(jìn)行非球面細(xì)磨加工階段，曾利用了帶接觸式測(cè)頭的三坐標(biāo)測(cè)量方法進(jìn)行在線測(cè)量。原理是利用三坐標(biāo)數(shù)控細(xì)磨加工機(jī)床具有的空間三維定位能力，在機(jī)床磨頭座滑板上固定一個(gè)精密Heidenhain測(cè)長(zhǎng)儀，構(gòu)成三坐標(biāo)測(cè)量裝置，進(jìn)行空間位置測(cè)量。測(cè)量精度與機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度有關(guān)，測(cè)量系統(tǒng)誤差小于5 μ m。這一方法雖然不必移動(dòng)被測(cè)工件，但并未實(shí)現(xiàn)真正的反饋加工。綜上，目前光學(xué)零件超精密加工和檢測(cè)技術(shù)存在的問題及一般解決方案光學(xué)零件特別是大型光學(xué)零件即要求很高的加工制造精度，其需求量又很大，需要高效批量生產(chǎn)，要實(shí)現(xiàn)大批量高精度非球面光學(xué)元件工業(yè)化生產(chǎn)必須解決兩個(gè)問題要有與工件口徑相適應(yīng)的高精度的加工和檢測(cè)設(shè)備；必須提高加工效率，降低成本，即高效生產(chǎn)。高精度的加工和檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并且國(guó)際國(guó)內(nèi)已經(jīng)有較多成熟的加工設(shè)備及檢測(cè)儀器，但一般加工設(shè)備上沒有在線或在位的測(cè)量?jī)x器，大多為離線測(cè)量，對(duì)高精度光學(xué)零件需反復(fù)裝卸離線檢測(cè)，這樣將大大降低加工效率。雖然國(guó)際國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)制造了大量的加工設(shè)備和檢測(cè)儀器，但將檢測(cè)儀器與加工設(shè)備集成起來、形成加工檢測(cè)一體化系統(tǒng)還存在許多問題。目前一般加工設(shè)備無論車削、磨削、拋光設(shè)備，由于整體結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及加工頭相對(duì)被加工件的布局等問題，不會(huì)為在位檢測(cè)系統(tǒng)留有測(cè)量空間，而光學(xué)干涉測(cè)量?jī)x器必須放置在所加工的光學(xué)零件對(duì)稱軸線位置上，并且具有抗干擾、抗振動(dòng)等功能，因此需要改進(jìn)加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)，且需要選擇適合的測(cè)量方法。常用的離線檢測(cè)方法如零位補(bǔ)償法需要設(shè)計(jì)和裝配復(fù)雜的補(bǔ)償鏡，子孔徑拼接方法在拼接后影響面形精度，常用的在線在位檢測(cè)方法如坐標(biāo)測(cè)量方法精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有光學(xué)零件加工大多采用離線測(cè)量方式，加工效率低； 現(xiàn)有的光學(xué)零件加工設(shè)備無法滿足在線測(cè)量的要求的問題，提供了一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置及制造方法。本發(fā)明所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置及制造裝置，它包括工件主軸、刀具主軸、刀具、剪切干涉儀、測(cè)量信息處理系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)，其中工件主軸、刀具主軸和剪切干涉儀安裝在加工機(jī)床的工作臺(tái)面上，工件主軸上安裝工件，刀具主軸通過擺臂及刀架安裝刀具，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀具主軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)刀具主軸擺動(dòng)并帶動(dòng)刀具對(duì)工件進(jìn)行加工，剪切干涉儀發(fā)出的檢測(cè)光束的光軸與工件主軸的中心線在同一直線上，剪切干涉儀發(fā)出檢測(cè)光束至工件，剪切干涉儀采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)，測(cè)量信息處理系統(tǒng)根據(jù)所述圖像信息獲取工件表面的面形誤差信息，并將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件進(jìn)行補(bǔ)償加工。上述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置的制造方法，該方法包括以下步驟步驟一、進(jìn)行預(yù)加工；然后，刀具主軸帶動(dòng)擺臂及刀具旋轉(zhuǎn)90°，讓出檢測(cè)光路；步驟二、剪切干涉儀發(fā)出檢測(cè)光束至工件，剪切干涉儀采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)，測(cè)量信息處理系統(tǒng)根據(jù)所述圖像信息獲取工件表面的面形誤差信息；步驟三、判斷所述面形誤差信息是否滿足程序設(shè)定的精度要求，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟四；判斷結(jié)果為是，退出程序，完成工件的加工；步驟四、測(cè)量信息處理系統(tǒng)將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件進(jìn)行補(bǔ)償加工；然后返回執(zhí)行步驟二。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用球面與非球面加工軌跡生成及控制技術(shù)方案、結(jié)合在位干涉測(cè)量裝置，高精度直接加工成型，并在加工過程中進(jìn)行在位檢測(cè)的方法，將加工誤差分時(shí)傳輸給加工系統(tǒng)，減少了零件離線檢測(cè)拆卸工件的中間環(huán)節(jié)。本發(fā)明采用雙主軸結(jié)構(gòu)，一個(gè)主軸為高速運(yùn)動(dòng)的工件軸，一個(gè)主軸為低速擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的刀具軸，通過測(cè)量?jī)x器與加工機(jī)床的接口電纜將測(cè)量系統(tǒng)與加工設(shè)備連接，組成了光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化的結(jié)構(gòu)。當(dāng)將被加工件加工到一定面形后，低速擺動(dòng)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)90°，以便讓出光路，剪切干涉儀工作，并對(duì)測(cè)得的面形誤差信息進(jìn)行信息處理和分析，通過接口將面形誤差信息反饋給加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，加工機(jī)床數(shù)控編制補(bǔ)償加工軟件，并按誤差分布進(jìn)行再次加工，實(shí)現(xiàn)反饋補(bǔ)償加工。
高精度加工補(bǔ)償與在位測(cè)量，零件的加工精度高在測(cè)量時(shí)被測(cè)件和干涉儀均不動(dòng)，只是雙主軸機(jī)床的氣浮擺軸擺轉(zhuǎn)出干涉測(cè)量光路，測(cè)量后氣浮擺軸再進(jìn)行補(bǔ)償加工，由于氣浮擺軸的回轉(zhuǎn)精度達(dá)到0.05微米，基本不會(huì)影響加工補(bǔ)償效果。剪切干涉測(cè)量系統(tǒng)的平臺(tái)與加工機(jī)床的平臺(tái)為同一操作平臺(tái)，抗干擾能力強(qiáng)。加工生產(chǎn)成本低本發(fā)明采用球面與非球面加工軌跡生成及控制技術(shù)方案、結(jié)合在位干涉測(cè)量裝置，高精度直接加工成型方法，減少了中間檢測(cè)環(huán)節(jié)。加工效率高由于不必拆卸零件進(jìn)行離線測(cè)量，節(jié)約光學(xué)零件特別是大型光學(xué)零件的拆卸、安裝調(diào)整時(shí)間，增加了生產(chǎn)效率。


圖1為實(shí)施方式一所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是在位剪切干涉測(cè)量與加工反饋補(bǔ)償系統(tǒng)原理圖；圖3為實(shí)施方式三所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造方法的工作簡(jiǎn)易流程圖；圖4是實(shí)施方式三所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造方法的詳細(xì)流程圖；圖5是實(shí)施方式四所述預(yù)加工過程的流程圖；圖6是具體的工藝流程；圖7是凸球面面形誤差曲線示意圖；圖8是預(yù)加工非球曲面面形誤差曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置，它包括工件主軸1、刀具主軸2、刀具3、剪切干涉儀4、測(cè)量信息處理系統(tǒng)5和數(shù)控系統(tǒng)6，其中工件主軸1、刀具主軸2和剪切干涉儀4安裝在加工機(jī)床 7的工作臺(tái)面上，工件主軸1上安裝工件8，刀具主軸2通過擺臂及刀架安裝刀具3，數(shù)控系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)刀具主軸2旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)刀具主軸2擺動(dòng)并帶動(dòng)刀具3對(duì)工件8進(jìn)行加工，剪切干涉儀4的中心線與工件主軸1的中心線在同一直線上，剪切干涉儀4發(fā)出檢測(cè)光束至工件8，剪切干涉儀4采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)5，測(cè)量信息處理系統(tǒng)5根據(jù)所述圖像信息獲取工件8表面的面形誤差信息，并將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)6，數(shù)控系統(tǒng)6根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件8進(jìn)行補(bǔ)償加工。刀具3選用圓弧刃金剛石刀具，刀具3的刀尖圓弧半徑為3mm 7mm，刀具刃口鋒利度小于0. 1 μ m。本實(shí)施方式的技術(shù)要點(diǎn)分為三部分1、加工檢測(cè)一體化光學(xué)零件的主要加工方法為刀具軌跡加工及控制技術(shù)，加工機(jī)床7的結(jié)構(gòu)采用雙主軸結(jié)構(gòu)，一個(gè)主軸為高速運(yùn)動(dòng)的工件主軸1，一個(gè)主軸為低速擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的刀具主軸2，通過測(cè)量?jī)x器(剪切干涉儀4和測(cè)量信息處理系統(tǒng)幻與加工機(jī)床7的接口電纜將測(cè)量系統(tǒng)與加工設(shè)備連接，組成了光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化的結(jié)構(gòu)。2、反饋補(bǔ)償當(dāng)將被加工的工件8加工到一定面形后，低速擺動(dòng)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)90°，以便讓出光路，剪切干涉干涉儀4工作，并對(duì)測(cè)得的面形誤差信息進(jìn)行信息處理和分析，通過接口將面形誤差信息反饋給加工機(jī)床7的數(shù)控系統(tǒng)6，數(shù)控系統(tǒng)6編制補(bǔ)償加工軟件，并按誤差分布進(jìn)行再次加工，實(shí)現(xiàn)反饋補(bǔ)償加工。3、機(jī)械結(jié)構(gòu)組成在加工機(jī)床7基座上安裝干涉系統(tǒng)，剪切干涉儀4的平臺(tái)與加工機(jī)床7的平臺(tái)為同一操作平臺(tái)，適應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾功能。并且通過調(diào)整部件進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)光路中心線的調(diào)整，使測(cè)量系統(tǒng)的剪切干涉儀4的測(cè)量中心線與工件主軸1的中心線的一致，在同一直線上。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，刀具3的刀尖圓弧半徑為5mm，其它與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式一所述一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置的制造方法，該方法包括以下步驟步驟一、進(jìn)行預(yù)加工；然后，刀具主軸2帶動(dòng)擺臂及刀具3旋轉(zhuǎn)90°，讓出檢測(cè)光路；步驟二、剪切干涉儀4發(fā)出檢測(cè)光束至工件8，剪切干涉儀4采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)5，測(cè)量信息處理系統(tǒng)5根據(jù)所述圖像信息獲取工件 8表面的面形誤差信息；步驟三、判斷所述面形誤差信息是否滿足程序設(shè)定的精度要求，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟四；判斷結(jié)果為是，退出程序，完成工件8的加工；步驟四、測(cè)量信息處理系統(tǒng)5將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)6，數(shù)控系統(tǒng)6 根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件8進(jìn)行補(bǔ)償加工；然后返回執(zhí)行步驟二。在位剪切干涉測(cè)量與加工反饋補(bǔ)償系統(tǒng)原理如圖2所示。實(shí)施方式所述制造方法涉及的補(bǔ)償為工件殘余面形誤差的直接補(bǔ)償，通過檢測(cè)所加工工件的殘余面形誤差，分析工件表面不同位置的徑向誤差值，并在相應(yīng)位置上補(bǔ)償?shù)毒叩膹较蜻M(jìn)給量，從而可以對(duì)工件殘余面形誤差進(jìn)行直接的誤差補(bǔ)償。該方法直接針對(duì)工件檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，不需要分析和檢測(cè)機(jī)床誤差，從而避免了上述方法中未知誤差無法補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。具體的工藝流程請(qǐng)參見圖6所示。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式三作進(jìn)一步說明，步驟一的預(yù)加工過程為步驟11、將工件8安裝在工件主軸1上，并根據(jù)工件8的待加工形狀制定加工程序給數(shù)控系統(tǒng)6 ；步驟12、根據(jù)工件8的曲率半徑計(jì)算刀具3擺軸水平擺角，對(duì)加工機(jī)床7進(jìn)行加工前的預(yù)調(diào)整；步驟13、粗加工，刀具3選用普通材質(zhì)刀具進(jìn)行粗加工；步驟14、精加工，在工件8被加工出非球曲面的最接近比較球面之后，將刀具3改成圓弧刃金剛石刀具，并進(jìn)行精確對(duì)刀；再對(duì)工件8進(jìn)行精加工，完成對(duì)工件8的預(yù)加工。步驟14中所述的精確對(duì)刀采用試切法進(jìn)行，具體過程為在一個(gè)口徑5mm的圓臺(tái)面上進(jìn)行反復(fù)的加工實(shí)驗(yàn)，并在每次加工后檢測(cè)工件中心殘留材料的形狀和尺寸，根據(jù)結(jié)果對(duì)加工機(jī)床7進(jìn)行調(diào)整，直至滿足對(duì)刀誤差為小于0. 02mm的精度要求。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式三作進(jìn)一步說明，步驟三所述的程序設(shè)定的精度要求為工件的Z向?qū)Φ墩`差小于0. 1mm，兩軸俯仰角度誤差小于10〃，擺軸中心擺動(dòng)中心Z向定位誤差小于0. 02mm。
對(duì)于工件8的加工，如果要求加工面形精度PV值小于λ (λ根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定)， 根據(jù)誤差模型，可分別計(jì)算出三個(gè)誤差因素所允許的最大誤差量為ζ向?qū)Φ墩`差0. 082mm, 兩軸俯仰角度誤差4. 84"，擺軸中心擺動(dòng)中心Z向定位誤差0. 014mm，滿足上述程序設(shè)定的精度要求。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置，其特征在于，它包括工件主軸(1)、刀具主軸O)、刀具(3)、剪切干涉儀、測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)和數(shù)控系統(tǒng)(6)，其中工件主軸 (1)、刀具主軸(2)和剪切干涉儀(4)安裝在加工機(jī)床7的工作臺(tái)面上，工件主軸(1)上安裝工件(8)，刀具主軸(2)通過擺臂及刀架安裝刀具(3)，數(shù)控系統(tǒng)(6)驅(qū)動(dòng)刀具主軸(2) 旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)刀具主軸( 擺動(dòng)并帶動(dòng)刀具C3)對(duì)工件(8)進(jìn)行加工，剪切干涉儀(4)發(fā)出的檢測(cè)光束的光軸與工件主軸(1)的中心線在同一直線上，剪切干涉儀(4)發(fā)出檢測(cè)光束至工件(8)，剪切干涉儀(4)采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)，測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)根據(jù)所述圖像信息獲取工件(8)表面的面形誤差信息，并將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)(6)，數(shù)控系統(tǒng)(6)根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件(8)進(jìn)行補(bǔ)償加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置，其特征在于，刀具(3)選用圓弧刃金剛石刀具，刀具(3)的刀尖圓弧半徑為3mm 7mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置，其特征在于，刀具⑶的刀尖圓弧半徑為5mm。
4.基于權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、進(jìn)行預(yù)加工；然后，刀具主軸( 帶動(dòng)擺臂及刀具C3)旋轉(zhuǎn)90°，讓出檢測(cè)光路；步驟二、剪切干涉儀(4)發(fā)出檢測(cè)光束至工件(8)，剪切干涉儀(4)采集檢測(cè)光束返回的圖像信息，并發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)，測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)根據(jù)所述圖像信息獲取工件(8)表面的面形誤差信息；步驟三、判斷所述面形誤差信息是否滿足程序設(shè)定的精度要求，判斷結(jié)果為否，執(zhí)行步驟四；判斷結(jié)果為是，退出程序，完成工件(8)的加工；步驟四、測(cè)量信息處理系統(tǒng)(5)將所述面形誤差信息發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)(6)，數(shù)控系統(tǒng) (6)根據(jù)所述面形誤差信息對(duì)工件(8)進(jìn)行補(bǔ)償加工；然后返回執(zhí)行步驟二。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造方法，其特征在于，步驟一的預(yù)加工過程為步驟11、將工件(8)安裝在工件主軸(1)上，并根據(jù)工件(8)的待加工形狀制定加工程序給數(shù)控系統(tǒng)(6)；步驟12、根據(jù)工件(8)的曲率半徑計(jì)算刀具C3)擺軸水平擺角，對(duì)加工機(jī)床7進(jìn)行加工前的預(yù)調(diào)整；步驟13、粗加工，刀具C3)選用普通材質(zhì)刀具進(jìn)行粗加工；步驟14、精加工，在工件(8)被加工出非球曲面的最接近比較球面之后，將刀具(3)改成圓弧刃金剛石刀具，并進(jìn)行精確對(duì)刀；再對(duì)工件(8)進(jìn)行精加工，完成對(duì)工件(8)的預(yù)加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造方法，其特征在于，步驟14中所述的精確對(duì)刀采用試切法進(jìn)行，具體過程為在一個(gè)口徑5mm的圓臺(tái)面上進(jìn)行反復(fù)的加工實(shí)驗(yàn)，并在每次加工后檢測(cè)工件中心殘留材料的形狀和尺寸，根據(jù)結(jié)果對(duì)加工機(jī)床7進(jìn)行調(diào)整，直至滿足對(duì)刀誤差為小于0. 02mm的精度要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造方法，其特征在于，步驟三所述的程序設(shè)定的精度要求為當(dāng)要求加工面形精度PV值小于λ時(shí)，工件的Z向?qū)Φ墩`差小于0. 082mm，兩軸俯仰角度誤差小于4. 84"，擺軸中心擺動(dòng)中心Z向定位誤差小于 0. 014mm。
全文摘要
一種光學(xué)零件加工與檢測(cè)一體化制造裝置及制造方法，屬于光學(xué)零件加工領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有光學(xué)零件加工大多采用離線測(cè)量方式，加工效率低；現(xiàn)有的光學(xué)零件加工設(shè)備無法滿足在線測(cè)量的要求的問題。本發(fā)明的工件主軸、刀具主軸和剪切干涉儀安裝在加工機(jī)床的工作臺(tái)面上，工件主軸上安裝工件，刀具主軸通過擺臂及刀架安裝刀具，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀具主軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀具對(duì)工件進(jìn)行加工，剪切干涉儀發(fā)出的檢測(cè)光束的光軸與工件主軸的中心線在同一直線上，剪切干涉儀發(fā)出檢測(cè)光束至工件，剪切干涉儀采集檢測(cè)光束返回的圖像信息發(fā)送給測(cè)量信息處理系統(tǒng)，測(cè)量信息處理系統(tǒng)根據(jù)獲取工件表面的面形誤差信息，并發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行補(bǔ)償加工。
文檔編號(hào)G05B19/18GK102303224SQ20111014503
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者孫濤, 張龍江, 李國(guó) , 王起維, 董申, 韓成順 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)