CN102423865B - 一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，该方法用固定在加工工装上的填充块(3)填充镜体(1)中心开孔；为保证轮廓仪触针(2)不掉落于镜体开孔与填充块间隙中，利用一种可在空气中固化的填充剂(4)填充此间隙，固化后的填充剂在填充范围内具备一定强度和硬度，且适宜金刚石车刀车削；为隔离填充剂固化时对镜体的拉应力，在镜体内孔部分先涂上隔离剂(5)；中心开孔镜、填充块及固化的填充剂都被车削到且完成精车后，构成完整不带孔隙的镜面，轮廓仪可定位镜面轴心O，实现与理论面形的比较测量。本发明适用于接触式轮廓仪辅助单点金刚石车削中心开孔镜的加工、检测过程。
Description
技术领域
本发明属于超精密光学加工、检测领域，特别涉及一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法。
背景技术
计算机数控单点金刚石车削技术(SPDT)是20世纪80年代得以推广应用的一项光学零件加工技术。它是在超精密车床上直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的光学零件。采用金刚石车削工艺，加工成本和周期比精磨抛光的方法明显降低。
金刚石车床在车削光学零件的过程中，通常需要通过相关检测设备测量加工件的面形来评定加工效果，并为金刚石车床的加工参数和状态提供反馈，以此来渐近调整车床及相关因素的状态，以加工出符合要求的光学面。
金刚石车床车削过程应用较广泛的是用接触式轮廓仪进行触针法测量。测量时，轮廓仪传感器的触针直接与被测光学表面接触，触针在被测表面上移动时，触针便随表面轮廓起伏而起伏，通过传感器把触针的上下位移转换成电信号并处理，就可得到表面轮廓的信息。拟合出的加工面形与理想面形相比较，可求出被测面的面形误差。单点金刚石车床和接触式轮廓仪构成配套良好的超精密光学加工、检测设备。
上述接触式轮廓仪检测车削的中心开孔镜面形过程中存在的问题是：
如图1所示，中心开孔的光学镜体1在金刚石车床上车削后，如用接触式轮廓仪测量面形，由于轮廓仪触针2走位至开孔边缘时会掉落，无法走至镜面中间，无法通过矢高极值来判断、定位出轴心即面形顶点O，不能实现与理想面形的对比分析、检测。轮廓仪直接检测面形的方法无法实现。
如图2，当采用无开孔的实心试刀件在所需加工的中心开孔镜之前开展车削，通过轮廓仪检测试刀件面形，反映稍后加工的中心开孔镜的面形，该方法存在着相当局限。因为试刀件与中心开孔镜在结构外形、力学响应、装卡方式等方面往往存在诸多差异，所需加工的中心开孔镜刚度通常低于实心试刀件。因此，车削的试刀件面形并不能完全代表中心开孔镜的面形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，也即是中心开孔镜在单点金刚石车床上完成镜面车削后，能够让接触式轮廓仪检测面形，实现镜面车削效果的评价和反馈。
本发明提供的技术方案是：
一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，为使接触式轮廓仪测量单点金刚石车削的中心开孔镜的面形时，轮廓仪触针能走位至镜面轴心O；在车削前，用外径稍小于镜体中心孔径且固定在加工工装上的填充块填充镜体开孔；利用一种贮存状态为液态或膏状可在空气中固化的填充剂填充镜体开孔与填充块之间的间隙，填充剂固化后在填充范围内具备一定强度和硬度，且适宜金刚石车刀车削；为隔离填充剂固化过程中对镜体的拉应力，在镜体内孔部分先涂上隔离剂；中心开孔镜、填充块及固化的填充剂一起进行车削，精车完成后，构成完整不带孔隙的镜面，其面形可用轮廓仪测量；选取中心开孔镜面范围内的测量数据与对应范围的理想面形数据进行比较处理，可得到中心开孔镜的加工面形。
进一步的，所述的方法，适用于接触式轮廓仪辅助单点金刚石车削中心开孔镜的加工、检测过程。
本发明原理在于：
本发明的一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，在单点金刚石车床对中心开孔镜加工前，用外径稍小于镜体中心孔径且固定在加工工装上的填充块填充镜体开孔，为避免半径很小的轮廓仪触针不掉落于镜体开孔与填充块间隙中起不来而影响测量，利用一种贮存状态为液态或膏状可在空气中固化的填充剂填充此间隙，固化后的填充剂在填充间隙范围内具备一定强度和硬度，且适宜金刚石车刀车削。为避免填充剂固化时对镜体孔边缘部分产生拉应力使加工完去除填充剂时影响面形，需先在镜体内孔部分涂上隔离剂，该隔离剂能在填充剂固化过程中显著隔离对镜体的拉应力。
中心开孔镜、填充块及固化的填充剂在金刚石车床上一起车削，当三者都被车削到且完成精车后，构成完整不带孔隙的镜面，轮廓仪触针可达填充块中心，通过矢高极值判断、定位出镜面轴心即面形顶点，实现加工面形的拟合，并与理想面形对比分析。整体面形可用轮廓仪测量；选取中心开孔镜面范围内的测量数据与对应范围的理想面形数据进行比较处理，可得到加工的中心开孔镜的面形。面形达到要求后完成加工过程，最后去除填充剂、拆卸填充块。
本发明与现有技术相比的优点在于：
接触式轮廓仪的比较测量原理，决定了其不能直接检测中心带孔镜的面形；如利用无开孔的试刀件进行模拟加工，轮廓仪检测实心试刀件的面形表征加工的中心开孔镜面形存在相当局限。本发明的一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，采取有效措施填充了镜体的中心开孔，并避免了填充后的应力影响，实现了接触式轮廓仪对中心开孔镜进行面形检测的途径。该方法可充分发挥轮廓仪检测不受被检面面形类别限制的优势，可便捷实现面形为非球面尤其是普通干涉仪不易实现检测的高次非球面的中心开孔镜的面形检测。发明的方法，适用于接触式轮廓仪辅助单点金刚石车削中心开孔镜的加工、检测过程。
附图说明
图1为现有技术中接触式轮廓仪直接测量中心开孔镜面形的方案图；
图2为现有技术中无开孔的实心试刀件图；
图3为本发明一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形方法的方案图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，如图3所示，在单点金刚石车床对中心开孔镜1加工前，在镜体内孔部分先涂上隔离剂5。接着，用外径稍小于镜体中心孔径且固定在加工工装上的填充块3填充镜体开孔，利用一种贮存状态为液态或膏状可在空气中固化的填充剂4填充镜体开孔与填充块之间的间隙，固化后的填充剂在填充间隙范围内具备一定强度和硬度，且适宜金刚石车刀车削，隔离剂能显著隔离填充剂固化过程中对镜体开孔边缘部分的拉应力。
非球面镜体在粗加工阶段，上金刚石车床进行镜面车削前，一般需先粗加工成进行矢高拟合的球面，使得金刚石车床加工量小。同样，为保证加工量小，填充块的初始面形需保持与镜体一致，且边缘矢高应与镜体中心孔边缘相当。
中心开孔镜、填充块及固化的填充剂车削前在表面做好颜色标记，当三者都被车削到且完成精车后，构成完整不带孔隙的镜面，轮廓仪触针2可达填充块中心，通过矢高极值判断、定位出镜面轴心即面形顶点O，实现加工面形的拟合，并与理想面形对比分析。至此，整体镜面面形可用轮廓仪测量；选取中心开孔镜面范围内的测量数据与对应范围的理想面形数据进行比较处理，可得到加工的中心开孔镜的面形。
中心开孔镜的面形经轮廓仪测试达到要求后可完成加工过程，最后去除填充剂、拆卸填充块，对中心开孔镜镜面完成清洗。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
Claims (1)
1.一种实现接触式轮廓仪测量车削的中心开孔镜面形的方法，其特征在于：为使接触式轮廓仪测量单点金刚石车削的中心开孔镜（1）的面形时，轮廓仪触针（2）能走位至镜面轴心Ｏ；在车削前，用外径稍小于镜体中心孔径且固定在加工工装上的填充块（3）填充镜体开孔；利用一种贮存状态为液态或膏状可在空气中固化的填充剂（4）填充镜体开孔与填充块之间的间隙，填充剂固化后在填充范围内具备一定强度和硬度，且适宜金刚石车刀车削；为避免填充剂固化时对镜体孔边缘部分产生拉应力使加工完去除填充剂时影响面形，需先在镜体内孔部分涂上隔离剂，该隔离剂能在填充剂固化过程中显著隔离对镜体的拉应力；中心开孔镜、填充块及固化的填充剂一起进行车削，精车完成后，构成完整不带孔隙的镜面，其面形可用轮廓仪测量；选取中心开孔镜面范围内的测量数据与对应范围的理想面形数据进行比较处理，可得到中心开孔镜的加工面形；
所述的方法，适用于接触式轮廓仪辅助单点金刚石车削中心开孔镜的加工、检测过程；其中，
非球面镜体在粗加工阶段，上金刚石车床进行镜面车削前，一般需先粗加工成进行矢高拟合的球面，使得金刚石车床加工量小，同样，为保证加工量小，填充块的初始面形需保持与镜体一致，且边缘矢高应与镜体中心孔边缘相当；
中心开孔镜、填充块及固化的填充剂车削前在表面做好颜色标记，当三者都被车削到且完成精车后，构成完整不带孔隙的镜面，轮廓仪触针（2）可达填充块中心，通过矢高极值判断、定位出镜面轴心即面形顶点Ｏ，实现加工面形的拟合,并与理想面形对比分析，至此，整体镜面面形可用轮廓仪测量；选取中心开孔镜面范围内的测量数据与对应范围的理想面形数据进行比较处理，可得到加工的中心开孔镜的面形。
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