專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超精密光學(xué)加工、檢測領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)(SPDT)是20世紀(jì)80年代得以推廣應(yīng)用的一項(xiàng)光學(xué)零件加工技術(shù)。它是在超精密車床上直接利用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的光學(xué)零件。采用金剛石車削工藝，加工成本和周期比精磨拋光的方法明顯降低。金剛石車床在車削光學(xué)零件的過程中，通常需要通過相關(guān)檢測設(shè)備測量加工件的面形來評(píng)定加工效果，并為金剛石車床的加工參數(shù)和狀態(tài)提供反饋，以此來漸近調(diào)整車床及相關(guān)因素的狀態(tài)，以加工出符合要求的光學(xué)面。金剛石車床車削過程應(yīng)用較廣泛的是用接觸式輪廓儀進(jìn)行觸針法測量。測量時(shí)， 輪廓儀傳感器的觸針直接與被測光學(xué)表面接觸，觸針在被測表面上移動(dòng)時(shí)，觸針便隨表面輪廓起伏而起伏，通過傳感器把觸針的上下位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并處理，就可得到表面輪廓的信息。擬合出的加工面形與理想面形相比較，可求出被測面的面形誤差。單點(diǎn)金剛石車床和接觸式輪廓儀構(gòu)成配套良好的超精密光學(xué)加工、檢測設(shè)備。上述接觸式輪廓儀檢測車削的中心開孔鏡面形過程中存在的問題是如圖1所示，中心開孔的光學(xué)鏡體1在金剛石車床上車削后，如用接觸式輪廓儀測量面形，由于輪廓儀觸針2走位至開孔邊緣時(shí)會(huì)掉落，無法走至鏡面中間，無法通過矢高極值來判斷、定位出軸心即面形頂點(diǎn)0，不能實(shí)現(xiàn)與理想面形的對(duì)比分析、檢測。輪廓儀直接檢測面形的方法無法實(shí)現(xiàn)。如圖2，當(dāng)采用無開孔的實(shí)心試刀件在所需加工的中心開孔鏡之前開展車削，通過輪廓儀檢測試刀件面形，反映稍后加工的中心開孔鏡的面形，該方法存在著相當(dāng)局限。因?yàn)樵嚨都c中心開孔鏡在結(jié)構(gòu)外形、力學(xué)響應(yīng)、裝卡方式等方面往往存在諸多差異，所需加工的中心開孔鏡剛度通常低于實(shí)心試刀件。因此，車削的試刀件面形并不能完全代表中心開孔鏡的面形。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，也即是中心開孔鏡在單點(diǎn)金剛石車床上完成鏡面車削后，能夠讓接觸式輪廓儀檢測面形，實(shí)現(xiàn)鏡面車削效果的評(píng)價(jià)和反饋。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，為使接觸式輪廓儀測量單點(diǎn)金剛石車削的中心開孔鏡的面形時(shí)，輪廓儀觸針能走位至鏡面軸心0;在車削前，用外徑稍小于鏡體中心孔徑且固定在加工工裝上的填充塊填充鏡體開孔；利用一種貯存狀態(tài)為液態(tài)或膏狀可在空氣中固化的填充劑填充鏡體開孔與填充塊之間的間隙，填充劑固化后
3在填充范圍內(nèi)具備一定強(qiáng)度和硬度，且適宜金剛石車刀車削；為隔離填充劑固化過程中對(duì)鏡體的拉應(yīng)力，在鏡體內(nèi)孔部分先涂上隔離劑；中心開孔鏡、填充塊及固化的填充劑一起進(jìn)行車削，精車完成后，構(gòu)成完整不帶孔隙的鏡面，其面形可用輪廓儀測量；選取中心開孔鏡面范圍內(nèi)的測量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)范圍的理想面形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，可得到中心開孔鏡的加工面形。進(jìn)一步的，所述的方法，適用于接觸式輪廓儀輔助單點(diǎn)金剛石車削中心開孔鏡的加工、檢測過程。本發(fā)明原理在于本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，在單點(diǎn)金剛石車床對(duì)中心開孔鏡加工前，用外徑稍小于鏡體中心孔徑且固定在加工工裝上的填充塊填充鏡體開孔，為避免半徑很小的輪廓儀觸針不掉落于鏡體開孔與填充塊間隙中起不來而影響測量，利用一種貯存狀態(tài)為液態(tài)或膏狀可在空氣中固化的填充劑填充此間隙，固化后的填充劑在填充間隙范圍內(nèi)具備一定強(qiáng)度和硬度，且適宜金剛石車刀車削。為避免填充劑固化時(shí)對(duì)鏡體孔邊緣部分產(chǎn)生拉應(yīng)力使加工完去除填充劑時(shí)影響面形，需先在鏡體內(nèi)孔部分涂上隔離劑，該隔離劑能在填充劑固化過程中顯著隔離對(duì)鏡體的拉應(yīng)力。中心開孔鏡、填充塊及固化的填充劑在金剛石車床上一起車削，當(dāng)三者都被車削到且完成精車后，構(gòu)成完整不帶孔隙的鏡面，輪廓儀觸針可達(dá)填充塊中心，通過矢高極值判斷、定位出鏡面軸心即面形頂點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)加工面形的擬合，并與理想面形對(duì)比分析。整體面形可用輪廓儀測量；選取中心開孔鏡面范圍內(nèi)的測量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)范圍的理想面形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，可得到加工的中心開孔鏡的面形。面形達(dá)到要求后完成加工過程，最后去除填充劑、拆卸填充塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于接觸式輪廓儀的比較測量原理，決定了其不能直接檢測中心帶孔鏡的面形；如利用無開孔的試刀件進(jìn)行模擬加工，輪廓儀檢測實(shí)心試刀件的面形表征加工的中心開孔鏡面形存在相當(dāng)局限。本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，采取有效措施填充了鏡體的中心開孔，并避免了填充后的應(yīng)力影響，實(shí)現(xiàn)了接觸式輪廓儀對(duì)中心開孔鏡進(jìn)行面形檢測的途徑。該方法可充分發(fā)揮輪廓儀檢測不受被檢面面形類別限制的優(yōu)勢，可便捷實(shí)現(xiàn)面形為非球面尤其是普通干涉儀不易實(shí)現(xiàn)檢測的高次非球面的中心開孔鏡的面形檢測。發(fā)明的方法，適用于接觸式輪廓儀輔助單點(diǎn)金剛石車削中心開孔鏡的加工、檢測過程。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中接觸式輪廓儀直接測量中心開孔鏡面形的方案圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中無開孔的實(shí)心試刀件圖；圖3為本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形方法的方案圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，如圖3所示，在單點(diǎn)金剛石車床對(duì)中心開孔鏡1加工前，在鏡體內(nèi)孔部分先涂上隔離劑5。接著，用外徑稍小于鏡體中心孔徑且固定在加工工裝上的填充塊3填充鏡體開孔，利用一種貯存狀態(tài)為液態(tài)或膏狀可在空氣中固化的填充劑4填充鏡體開孔與填充塊之間的間隙，固化后的填充劑在填充間隙范圍內(nèi)具備一定強(qiáng)度和硬度，且適宜金剛石車刀車削，隔離劑能顯著隔離填充劑固化過程中對(duì)鏡體開孔邊緣部分的拉應(yīng)力。非球面鏡體在粗加工階段，上金剛石車床進(jìn)行鏡面車削前，一般需先粗加工成進(jìn)行矢高擬合的球面，使得金剛石車床加工量小。同樣，為保證加工量小，填充塊的初始面形需保持與鏡體一致，且邊緣矢高應(yīng)與鏡體中心孔邊緣相當(dāng)。中心開孔鏡、填充塊及固化的填充劑車削前在表面做好顏色標(biāo)記，當(dāng)三者都被車削到且完成精車后，構(gòu)成完整不帶孔隙的鏡面，輪廓儀觸針2可達(dá)填充塊中心，通過矢高極值判斷、定位出鏡面軸心即面形頂點(diǎn)0，實(shí)現(xiàn)加工面形的擬合，并與理想面形對(duì)比分析。至此，整體鏡面面形可用輪廓儀測量；選取中心開孔鏡面范圍內(nèi)的測量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)范圍的理想面形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，可得到加工的中心開孔鏡的面形。中心開孔鏡的面形經(jīng)輪廓儀測試達(dá)到要求后可完成加工過程，最后去除填充劑、 拆卸填充塊，對(duì)中心開孔鏡鏡面完成清洗。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，其特征在于為使接觸式輪廓儀測量單點(diǎn)金剛石車削的中心開孔鏡(1)的面形時(shí)，輪廓儀觸針( 能走位至鏡面軸心0 ；在車削前，用外徑稍小于鏡體中心孔徑且固定在加工工裝上的填充塊(3)填充鏡體開孔；利用一種貯存狀態(tài)為液態(tài)或膏狀可在空氣中固化的填充劑(4)填充鏡體開孔與填充塊之間的間隙，填充劑固化后在填充范圍內(nèi)具備一定強(qiáng)度和硬度，且適宜金剛石車刀車削； 為隔離填充劑固化過程中對(duì)鏡體的拉應(yīng)力，在鏡體內(nèi)孔部分先涂上隔離劑(5)；中心開孔鏡、填充塊及固化的填充劑一起進(jìn)行車削，精車完成后，構(gòu)成完整不帶孔隙的鏡面，其面形可用輪廓儀測量；選取中心開孔鏡面范圍內(nèi)的測量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)范圍的理想面形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，可得到中心開孔鏡的加工面形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法， 其特征在于所述的方法，適用于接觸式輪廓儀輔助單點(diǎn)金剛石車削中心開孔鏡的加工、檢測過程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)接觸式輪廓儀測量車削的中心開孔鏡面形的方法，該方法用固定在加工工裝上的填充塊(3)填充鏡體(1)中心開孔；為保證輪廓儀觸針(2)不掉落于鏡體開孔與填充塊間隙中，利用一種可在空氣中固化的填充劑(4)填充此間隙，固化后的填充劑在填充范圍內(nèi)具備一定強(qiáng)度和硬度，且適宜金剛石車刀車削；為隔離填充劑固化時(shí)對(duì)鏡體的拉應(yīng)力，在鏡體內(nèi)孔部分先涂上隔離劑(5)；中心開孔鏡、填充塊及固化的填充劑都被車削到且完成精車后，構(gòu)成完整不帶孔隙的鏡面，輪廓儀可定位鏡面軸心O，實(shí)現(xiàn)與理論面形的比較測量。本發(fā)明適用于接觸式輪廓儀輔助單點(diǎn)金剛石車削中心開孔鏡的加工、檢測過程。
文檔編號(hào)B23B1/00GK102423865SQ20111031648
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者廖勝, 時(shí)全領(lǐng), 邢廷文, 龍波 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所