固著磨料拋光頭及其拋光方法
【專利摘要】固著磨料拋光頭及其拋光方法，涉及光學加工領域，解決了現有機械小工具拋光方法存在的拋光頭制作工藝復雜、拋光精度低的問題，固著磨料拋光頭，包括：成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體，設置在固著磨料拋光頭基體中心的安裝孔，等間距均勻分布于固著磨料拋光頭基體邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層表面的固著磨料拋光層。本發明的拋光頭制作工藝簡單，使用時較為方便可靠，本發明采用固著磨料拋光頭對光學非球面元件進行拋光，可以對不同形狀、口徑的光學非球面元件進行有效拋光，快速形成可靠的拋光工藝，拋光過程中通過控制拋光接觸面積得到穩定的去除函數，有效地提高拋光效率與拋光精度。
【專利說明】固著磨料拋光頭及其拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學加工【技術領域】，具體涉及一種固著磨料拋光頭及其拋光方法。
【背景技術】
[0002]隨著對光學系統要求的提高，更好的成像質量，更少的光學元件，更簡化和輕量化的光學系統等成為未來的發展趨勢，可以滿足上述要求的光學非球面元件也得到越來越廣泛的應用。因此對光學非球面元件的加工制造也提出了更高的要求，提高光學非球面元件的加工效率，降低加工成本顯得尤為重要。
[0003]光學非球面元件制造工藝主要分為兩部分，一是非球面銑磨成型，二是非球面拋光平滑，得到滿足使用要求的面形。當前廣泛采用的光學非球面拋光方法主要有機械小工具拋光技術、應力盤拋光技術、磁流變拋光技術及離子束拋光技術等，其中機械小工具與應力盤拋光技術是在傳統的游離磨料拋光技術與數控加工技術的基礎上發展而來，機械小工具拋光方法如柔性盤技術，氣囊拋光技術等減少了對人工操作的依賴，但拋光頭制作工藝復雜，去除函數穩定性低，影響非球面拋光精度。目前還沒有采用固著磨料的拋光頭對光學非球面元件進行拋光。
【發明內容】
[0004]為了解決現有的機械小工具拋光方法存在的拋光頭制作工藝復雜、拋光精度低的問題，本發明提供一種固著磨料拋光頭及其應用。
[0005]本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]固著磨料拋光頭，包括:成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體，設置在所述固著磨料拋光頭基體中心的安裝孔，等間距均勻分布于所述固著磨料拋光頭基體邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層表面的固著磨料拋光層。
[0007]所述固著磨料拋光層的個數與所述固著磨料拋光墊層的個數相等。
[0008]固著磨料拋光頭的拋光方法，該方法的條件和步驟如下:
[0009]測定光學非球面元件的初始面形誤差，規劃固著磨料拋光層與光學非球面元件的拋光接觸面積，確定進給方式及進給路徑，計算固著磨料拋光頭在不同位置的進給速度，生成加工文件，對刀并調整冷卻水位置，保證拋光接觸區域充分冷卻，檢查各個環節開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區域冷卻充分，拋光完成后，重新檢測光學非球面元件的面形，若面形精度滿足設計要求，則完成拋光；若面形精度不滿足設計要求，則利用光學非球面元件的初始面形誤差重新計算進給速度并生成加工文件，再次進行拋光加工，通過多次的檢測與反復迭代拋光，最終使光學非球面元件的面形精度滿足設計要求。
[0010]所述進給方式為以螺旋線方式進給。
[0011]所述進給路徑為所述固著磨料拋光頭從光學非球面元件的最外層一圈開始逐層遞進拋光，直到光學非球面元件的最內層一圈。[0012]本發明的有益效果是:本發明的一種固著磨料拋光頭，該拋光頭制作工藝簡單，使用時較為方便可靠；本發明采用固著磨料拋光頭對光學非球面元件進行拋光，可以對不同形狀、口徑的光學非球面元件進行有效拋光，快速形成可靠的拋光工藝，拋光過程中通過控制拋光接觸面積得到穩定的去除函數，有效地提高拋光效率與拋光精度，通過控制拋光頭在被加工光學非球面元件的不同位置的駐留時間實現不同程度的材料去除體積，配合反復迭代拋光，可實現對光學非球面元件表面面形誤差的精確修正，得到較好面形精度的光學非球面元件，使其滿足設計需要，該方法提高了加工效率并降低光學非球面元件的加工制造成本，同時實現較高的拋光精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的固著磨料拋光頭的結構示意圖；
[0014]圖2為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學非球面元件進行拋光的原理示意圖；
[0015]圖3為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學非球面元件進行拋光時的進給方式示意圖；
[0016]圖4為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學非球面元件進行拋光的流程示意圖。
[0017]圖中:1、固著磨料拋光頭，2、固著磨料拋光層，3、固著磨料拋光墊層，4、固著磨料拋光頭基體，5、安裝孔,6、光學非球面兀件,7、拋光主軸。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發明的一種固著磨料拋光頭，主要由固著磨料拋光層2、固著磨料拋光墊層3、固著磨料拋光頭基體4和安裝孔5組成，整個固著磨料拋光頭I成圓餅狀，固著磨料拋光墊層3等間距均勻分布于固著磨料拋光頭基體4的邊緣表面，每兩個固著磨料拋光墊層3之間的間距相等，固著磨料拋光墊層3通過膠粘固定在固著磨料拋光頭基體4上，固著磨料拋光層2通過膠粘固定在固著磨料拋光墊層3的表面，固著磨料拋光層2的個數與固著磨料拋光墊層3的個數相等，固著磨料拋光層2與固著磨料拋光墊層3的設置，一方面保證拋光效率與拋光精度，另一方面保證拋光接觸區域可被充分冷卻，安裝孔5設置在固著磨料拋光頭基體4的中心位置，用于安裝拋光機器的拋光主軸7。
[0020]針對被加工的光學非球面元件6材料的不同，選擇合適的固著磨料拋光層2和固著磨料拋光墊層3的材料。
[0021]本實施方式中，固著磨料拋光層2采用拋光模材料制成。
[0022]本實施方式中，固著磨料拋光墊層3采用特制柔性材料制成。
[0023]如圖2所示，采用本發明的一種固著磨料拋光頭對光學非球面元件6進行拋光，拋光時使固著磨料拋光層2與光學非球面元件6的表面柔性接觸，固著磨料拋光頭I的進給方式如圖3所示，采用螺旋線方式進給，R為光學非球面元件6的母線方向，即進給方向，固著磨料拋光頭I接觸方向即受力方向為光學非球面元件6母線的法線方向，為垂直于紙面向外，S為光學非球面元件6的旋轉方向，為順時針，N為拋光主軸7的旋轉方向，同時帶動固著磨料拋光頭I旋轉，即固著磨料拋光頭I從光學非球面元件6的最外層一圈開始，逐層遞進拋光，直到光學非球面兀件6的最內層一圈。
[0024]通過調整拋光頭在非球面元件不同位置時的進給速度，控制拋光頭的駐留時間，實現對非球面面形的誤差修正，得到較好的非球面拋光結果。
[0025]如圖4所示，采用本發明的一種固著磨料拋光頭對光學非球面元件6進行拋光的具體過程為:步驟一、按照固著磨料拋光頭I與光學非球面元件6的位置要求安裝固著磨料拋光頭I與光學非球面元件6 ;步驟二、測定光學非球面元件6的初始面形誤差；步驟三、規劃固著磨料拋光層2與光學非球面元件6的拋光接觸面積并確定進給方式和進給路徑，本實施方式中，以螺旋線方式進給，并且固著磨料拋光頭I從光學非球面元件6的最外層一圈開始，逐層遞進拋光，直到光學非球面元件6的最內層一圈；步驟四、計算固著磨料拋光頭I在不同位置的進給速度；步驟五、按照步驟三中的拋光接觸面積和進給路徑，以及步驟四中的進給速度，即駐留時間，生成加工文件；步驟六、對刀并調整冷卻水位置，保證拋光接觸區域充分冷卻；步驟七、檢查各個環節開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區域冷卻充分；步驟八、拋光完成后，重新對光學非球面元件6的面形進行檢測，若面形精度滿足設計要求，則完成拋光；反之，若面形精度不滿足設計要求，則重復步驟四、五、六、七，即利用光學非球面元件6的初始面形誤差重新計算進給速度并生成加工文件，再次進行拋光加工，通過多次的檢測與反復迭代拋光，最終使光學非球面元件6的面形精度滿足設計要求，得到滿足設計要求的光學非球面元件6。
【權利要求】
1.固著磨料拋光頭，其特征在于，包括:成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體(4)，設置在所述固著磨料拋光頭基體(4)中心的安裝孔(5)，等間距均勻分布于所述固著磨料拋光頭基體(4)邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層(3)，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層(3 )表面的固著磨料拋光層(2 )。
2.根據權利要求1所述的固著磨料拋光頭，其特征在于，所述固著磨料拋光層(2)的個數與所述固著磨料拋光墊層(3)的個數相等。
3.如權利要求1所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，該方法的條件和步驟如下: 測定光學非球面元件(6)的初始面形誤差，規劃固著磨料拋光層(2)與光學非球面元件(6)的拋光接觸面積，確定進給方式及進給路徑，計算固著磨料拋光頭(I)在不同位置的進給速度，生成加工文件，對刀并調整冷卻水位置，保證拋光接觸區域充分冷卻，檢查各個環節開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區域冷卻充分，拋光完成后，重新檢測光學非球面元件(6)的面形，若面形精度滿足設計要求，則完成拋光；若面形精度不滿足設計要求，則利用光學非球面元件(6)的初始面形誤差重新計算進給速度并生成加工文件，再次進行拋光加工，通過多次的檢測與反復迭代拋光，最終使光學非球面元件(6)的面形精度滿足設計要求。
4.根據權利要求3所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，所述進給方式為以螺旋線方式進給。
5.根據權利要求3所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，所述進給路徑為所述固著磨料拋光頭(I)從光學非球面元件(6)的最外層一圈開始逐層遞進拋光，直到光學非球面元件(6)的最內層一圈。
【文檔編號】B24B41/04GK103465162SQ201310424237
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】代雷, 谷勇強, 張健, 隋永新, 楊懷江 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所