CN102328103A - 超精密加工系统及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种超精密加工系统，其包括一个基台，一个固定设置于该基台上的第一支撑臂，一个可滑动地设置于该基台上的第二支撑臂，一个可转动地设置于该第一支撑臂上的旋转轴，一个设置于该第二支撑臂上且可相对于该支撑臂滑动的加工刀具，一个位于该旋转轴上方的侦测装置以及一个控制装置。该控制装置用于根据该侦测装置的侦测结果计算该旋转轴的偏移量并根据该偏移量发出控制指令调整该加工刀具以抵消该旋转轴偏移所引起的加工误差。所述超精密加工系统采用侦测装置对旋转轴的位置进行侦测，可以实时发现所述旋转轴的位置偏移，并通过移动所述加工刀具抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差，因此可以提高加工精度。本发明还涉及一种超精密加工方法。

Description

超精密加工系统及加工方法

技术领域

本发明涉及一种加工系统及加工方法，尤其涉及一种超精密加工系统及加工方法。

背景技术

在超精密加工领域，对待加工工件与加工刀具之间的对位精度要求非常严苛。例如，在加工镜片成型模仁时，需将所述待加工件固定于一个旋转轴上，再将所述旋转轴上的待加工件与一个加工刀具进行对准，对准完成后，所述旋转轴带动所述待加工件高速转动，所述加工刀具在控制程序控制下沿所述旋转轴的轴向以及与所述轴向垂直的水平方向移动，以将所述待加工件加工出设计的形状。其中，将所述固定于旋转轴上的待加工件与所述加工刀具之间的对准尤为重要，如果出现对位偏差将导致所述镜片成型模仁的形状出现偏差，进一步影响所成型的镜片的形状与精度。尤其是当所述待加工件与所述加工刀具在与所述旋转轴轴向垂直的竖直方向存在偏差时，将导致所述镜片成型模仁的中心位置处形成微小凸点，此类凸点肉眼不易觉察，但却对模仁的成型产品的质量有重大不良影响。

现有的超精密加工系统在加工过程中由于所述旋转轴长时间工作以及受热变形等因素影响，将不可避免地会产生位置的上下偏移而偏离原来的对准中心，导致微小凸点产生，而现有技术中缺少对所述旋转轴工作过程中的轴心偏移的有效侦测及调整措施。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可实时侦测旋转轴的位置偏移以及实时抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差的超精密加工系统以及超精密加工方法。

一种超精密加工系统，用于对待加工工件进行精密加工。所述超精密加工系统包括一个基台，一个固定设置于所述基台上的第一支撑臂，一个可滑动地设置于所述基台上的第二支撑臂，一个可转动地设置于所述第一支撑臂上的旋转轴，一个设置于所述第二支撑臂上且可相对于所述支撑臂滑动的加工刀具，一个设置于所述旋转轴上方的侦测装置以及一个控制装置。所述加工刀具设置于所述第二支撑臂上且加工刀具的一端朝向所述旋转轴。所述控制装置用于根据所述侦测装置的侦测结果计算所述旋转轴的偏移量并根据所述偏移量发出控制指令调整所述加工刀具以抵消所述旋转轴偏移所引起的加工误差。

一种超精密加工方法，其包括如下步骤：

提供一个所述的超精密加工系统；

提供一个待加工工件，将所述待加工工件固定于所述超精密加工系统的旋转轴上；

将所述待加工工件加工中心与所述超精密加工系统的加工刀具进行对准；

记录对准后所述旋转轴的初始位置；

侦测所述旋转轴的位置偏移；

根据所述旋转轴的位置偏移调整所述加工刀具的位置，以抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差。

所述超精密加工系统以及超精密加工方法，采用侦测装置对旋转轴的位置进行侦测，可以实时发现所述旋转轴的位置偏移，并通过移动所述加工刀具抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差，因此可以提高加工精度。

附图说明

图1是本发明超精密加工系统的示意图。

图2是本发明超精密加工系统的侦测原理示意图。

图3是本发明超精密加工方法的流程图。

图4是本发明侦测旋转轴的位置偏移的流程图。

主要元件符号说明

超精密加工系统                  100

基台                            10

第一支撑臂                    20

第二支撑臂                    30

调整块                        31

旋转轴                        40

固定块                        41

加工刀具                      50

侦测装置                      60

吊臂                          61

侦测信号发射端                62

侦测信号接收端                63

控制装置                      70

模/数转换器                   71

存储器                        72

随机存取存储器                721

只读存储器                    722

处理器                        73

待加工工件                    200

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作一具体介绍。

请参阅图1，所示为本发明的超精密加工系统100的示意图，所述超精密加工系统100用于对待加工工件200进行精密加工，所述超精密加工系统100包括一个基台10，一个第一支撑臂20，一个第二支撑臂30，一个旋转轴40，一个加工刀具50，一个侦测装置60以及一个控制装置70。所述第一支撑臂20固定设置于所述基台10上，所述旋转轴40以及所述侦测装置60均设置于所述第一支撑臂20，所述旋转轴40可相对于所述第一支撑臂20转动，所述侦测装置60固定位于旋转轴40上方；所述第二支撑臂30可滑动地设置于所述基台10上，所述加工刀具50朝向所述旋转轴40设置于所述第二支撑臂30上；所述控制装置70分别于所述侦测装置60以及所述第二支撑臂30相连。

所述第二支撑臂30包括一个可上下滑动的调整块31，所述加工刀具50固定于所述调整块31上，且位置可随所述调整块31作调整。

所述旋转轴40伸向所述第二支撑臂30的一端设置有一个固定块41，用于固定待加工工件200。

所述侦测装置60包括一个吊臂61，一个侦测信号发射端62以及一个侦测信号接收端63。所述吊臂61固定于所述第一支撑臂20上且与所述旋转轴40的轴心平行。所述侦测信号发射端62以及所述侦测信号接收端63均固定设置于所述吊臂61朝向所述旋转轴40的一侧，其中，所述侦测信号发射端62与所述旋转轴40中心呈一定倾斜角度θ(0＜θ＜90°)发射侦测信号于所述旋转轴40表面，所述侦测信号接收端63设置于所述侦测信号的反射路线上。本实施方式中，所述侦测信号发射端62为激光发射装置，其可以向所述旋转轴40表面发射激光作为侦测信号，所述侦测信号接收端63为一光感测装置，例如CCD或者CMOS感测装置，用于感测由所述侦测信号发射端62发射，并经由所述旋转轴40反射后的激光。

所述控制装置70包括一个模/数转换器71，一个存储器72以及一个处理器73。所述模/数转换器71用于将所述侦测信号接收端63所侦测到的信号转换为数字信号。所述存储器72包括一个随机存取存储器721以及一个只读存储器722，所述随机存取存储器721用于存储经所述模/数转换器71所转换后的数字信号以及所述处理器73的运算结果，所述只读存储器722用于存储预设讯息，本实施方式中，所述预设讯息包括计算所述旋转轴40偏移量的计算程序。所述处理器73用于读取所述随机存取存储器721中所存储的数据，根据所述数据计算所述侦测信号的变化，由所述侦测信号的变化依据所述预设讯息计算得到所述旋转轴40运动状态的位置变化，并发出控制指令。

所述超精密加工系统在工作时，先将所述待加工工件200固定于所述固定块41上，将所述加工刀具50与所述待加工工件200加工中心之间进行对准。对准完成后，所述控制装置70自动记录此时旋转轴40所在位置为初始位置。在对所述待加工工件200进行加工时，所述旋转轴40带动所述待加工工件200进行高速转动，所述第二支撑臂30带动所述加工刀具50在所述基台10上移动以对待加工工件200进行加工，所述第二支撑臂30带动所述待加工工件200移动的路径由预设的程序自动控制。

在所述待加工工件200的加工过程中，开启所述侦测装置60对所述旋转轴40的位置进行侦测，所述侦测装置60可以一直开启，也可以每间隔一定时间后而开启。请参阅图2，所示为所述侦测装置60对所述旋转轴40进行侦测的原理图，所述侦测信号发射端62以角度θ向所述旋转轴40表面发射激光，所述激光光经过所述旋转轴40反射投射至所述侦测信号接收端63的感测表面；当所述旋转轴40产生偏移时，所述激光于所述侦测信号接收端63的感测表面的投射位置产生变化，所述感测信号接收端会记录所述位置变化并由所述控制装置计算出激光的偏移量d，则根据所述偏移量d以及所述激光的投射角度θ即可算出所述旋转轴的偏移量s。

所述控制装置70在计算出所述旋转轴40后发出对应的控制指令，使所述调整块31相应调整所述加工刀具，以抵消所述偏移量所带来的加工误差。本实施方式中，所述调整块采用线性马达(图未示)驱动，以达到精确调整所述的目的。

请参阅图3，本发明的超精密加工方法包括如下步骤：

提供一个上述的超精密加工系统100；

提供一个待加工工件200，将所述待加工工件200固定于所述超精密加工系统100的旋转轴40上；

将所述待加工工件200加工中心与所述超精密加工系统100的加工刀具50进行对准；

记录对准后所述旋转轴40的初始位置；

侦测所述旋转轴40的位置偏移；

根据所述旋转轴40的位置偏移调整所述加工刀具50的位置，以抵消所述旋转轴40位置偏移所引起的加工误差。

请参阅图4，所述侦测旋转轴的位置偏移的步骤进一步包括以下步骤：

以一定投射角度θ(0＜θ＜90°)向所述旋转轴40表面发射侦测信号；

接收所述侦测信号并记录所述侦测信号于信号接收表面的位置变化；

根据所述侦测信号投射角度以及侦测信号于信号接收表面的位置变化量计算所述旋转轴40的位置偏移量。

上述各步骤中，所述侦测信号为激光，所述信号接收表面为光传感器表面。

所述的超精密加工系统以及超精密加工方法，采用侦测装置对旋转轴的位置进行侦测，可以实时发现所述旋转轴的位置偏移，并通过移动所述加工刀具抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差，因此可以提高加工精度。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种超精密加工系统，用于对待加工工件进行精密加工，其包括一个基台，一个固定设置于所述基台上的第一支撑臂，一个可滑动地设置于所述基台上的第二支撑臂，一个可转动地设置于所述第一支撑臂上的旋转轴，一个设置于所述第二支撑臂上且可相对于所述支撑臂滑动的加工刀具，一个设置于所述旋转轴上方的侦测装置以及一个控制装置，所述加工刀具设置于所述第二支撑臂上且加工刀具的一端朝向所述旋转轴，所述控制装置用于根据所述侦测装置的侦测结果计算所述旋转轴的偏移量并根据所述偏移量发出控制指令调整所述加工刀具以抵消所述旋转轴偏移所引起的加工误差。

2.如权利要求1所述的超精密加工系统，其特征在于：所述第二支撑臂包括一个可上下滑动的调整块，所述加工刀具固定于所述调整块上且位置可随所述调整块作调整。

3.如权利要求1所述的超精密加工系统，其特征在于：所述旋转轴伸向所述第二支撑臂的一端设置有一个固定块，用于固定待加工工件。

4.如权利要求1所述的超精密加工系统，其特征在于：所述侦测装置包括一个吊臂，一个侦测信号发射端以及一个侦测信号接收端，所述吊臂固定于所述第一支撑臂上且与所述旋转轴的轴心平行，所述侦测信号发射端以及所述侦测信号接收端均固定设置于所述吊臂朝向所述旋转轴的一侧，所述侦测信号发射端的发射方向与所述旋转轴轴心呈一倾斜角度，所述侦测信号接收端设置于所述侦测信号的反射路线上。

5.如权利要求4所述的超精密加工系统，其特征在于：所述侦测信号发射端为激光发射装置，以向所述旋转轴表面发射激光作为侦测信号，所述侦测信号接收端为一光感测装置用于感测由所述侦测信号发射端发射，并经由所述旋转轴反射后的激光。

6.如权利要求1所述的超精密加工系统，其特征在于：所述控制装置包括一个模/数转换器，一个存储器以及一个处理器，所述模/数转换器用于将所述侦测信号接收端所侦测到的信号转换为数字信号，所述存储器用于存储所述数字信号以及预设讯息，所述处理器用于读取所述随机存取存储器中所存储的数据，根据所述数据计算所述侦测信号的变化，由所述侦测信号的变化依据所述预设讯息计算得到所述旋转轴运动状态的位置变化，并发出控制指令。

7.如权利要求6所述的超精密加工系统，其特征在于：所述存储器包括一个随机存取存储器以及一个只读存储器，所述随机存取存储器用于存储经所述模/数转换器所转换后的数字信号以及所述处理器的运算结果，所述只读存储器用于存储预设讯息。

8.一种超精密加工方法，其包括如下步骤：

提供一个超精密加工系统，所述超精密加工系统包括其包括一个基台，一个固定设置于所述基台上的第一支撑臂，一个可滑动地设置于所述基台上的第二支撑臂，一个可转动地设置于所述第一支撑臂上的旋转轴，一个设置于所述第二支撑臂上且可相对于所述支撑臂滑动的加工刀具，一个设置于所述旋转轴上方的侦测装置以及一个控制装置，所述加工刀具设置于所述第二支撑臂上且加工刀具的一端朝向所述旋转轴；

提供一个待加工工件，将所述待加工工件固定于所述超精密加工系统的旋转轴上；

将所述待加工工件加工中心与所述超精密加工系统的加工刀具进行对准；

记录对准后所述旋转轴的初始位置；

侦测所述旋转轴的位置偏移；

根据所述旋转轴的位置偏移调整所述加工刀具的位置，以抵消所述旋转轴位置偏移所引起的加工误差。

9.如权利要求8所述的超精密加工方法，其特征在于：侦测所述旋转轴的位置偏移的步骤包括：

以一倾斜角度向所述旋转轴表面发射侦测信号；

接收所述侦测信号并记录所述侦测信号于信号接收表面的位置变化；

根据所述侦测信号投射角度以及侦测信号于信号接收表面的位置变化量计算所述旋转轴的位置偏移量。

10.如权利要求9所述的超精密加工方法，其特征在于：所述侦测信号为激光，所述信号接收表面为光传感器表面。

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