一种高效非球面研抛法的研究

【摘要】： 非球面光学元件以其优越的光学性能、紧凑的结构正越来越多的应用于精密光学仪器中，这就要求非球面制造过程能够实现快速批量生产。CNC数控技术已经能够实现光学非球面元件的精密快速铣磨成型，然而，非球面抛光仍是影响非球面加工效率和精度的主要因素。 论文针对中等口径光学非球面，提出了一种结合弹性模全口径抛光和小工具修正抛光的两步研抛法，取代目前普遍使用的反复研抛过程。采用反馈补偿的方法解决弹性模抛光对面形破坏的问题，以控制其抛光精度；运用Preston的抛光原理，对小工具的工作方式和参数进行改进和优化，以改善其抛光精度和效率，并获得了更优的特征去除函数；提出了被抛光表面面形曲率半径对工具特征去除函数的影响，引入并确定一与非球面各处曲率半径有关的面形调整因子来降低抛光后的面形误差，并从实验上获得验证。以此建立修正抛光的模型，编制控制研抛的接口软件，引入CAD／CAM一体化制造技术，提出从光学设计软件到光学制造设备的工序联接。研究光学设计软件(CODE V)和光学CNC制造设备的数据格式，利用光学设计软件的文档输出功能，采用VC++编制一个能从上述文件中自动发现曲面方程的接口，处理光学软件数据流、光学设备工艺参数以及轮廓仪的面形检测数据，仿真加工过程，生成用于光学加工的控制代码实现非球面的铣磨和抛光，实现光学CAD／CAM一体化制造。 最后在光学加工设备上联机调试，试验非球面的制造，在较短的加工周期中获得面形PV值达0.35μm的高精度非球面表面。这种结合CAD／CAM的高效非球面研抛技术对实现非球面的批量生产、推广非球面的应用有着非常实际的意义。