CN106225714A - 一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明了一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，属于光学加工技术领域。该方法是将抛光轮移置于扫描仪激光出射口的正上方，利用高速激光轮廓扫描仪来完成对抛光轮底部一定范围内的磁流变液缎带凸起的轮廓进行三维扫描，然后对扫描得到的三维数据进行分析来获取缎带凸起的中心位置相对于镜面的空间关系、缎带凸起是否置于抛光轮所在球面的最底部、磁流变液缎带凸起轮廓在一定范围内是否一致、同一位置的缎带凸起轮廓随时间的变化所反映的磁流变液稳定特性以及磁流变加工设备的虚拟轴角度的初步确定等相关信息。本发明能够解决在磁流变加工工艺中的磁场区磁流变液缎带凸起轮廓测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学加工技术领域，尤其适用于磁流变加工设备中磁流变液缎带凸起的轮廓光学测量。
背景技术
光学复杂曲面的加工一般采用CCOS技术即计算机控制小磨头加工工艺。传统的工艺中，磨头使用的是光学沥青材料。此工艺在光学元件面形精度较低时可以充分发挥其优势，在高精度时由于其工艺去除函数的不稳定性则表现的并不是十分满意。经过近二十几年的发展，磁流变光学加工工艺日趋成熟，此工艺具有一系列优势：去除函数稳定性高，针对一些材料具有较高的材料去除率，对工件的法向压力小适合加工超薄光学元件，对工件表面质量损伤小，不容易出现划痕等等。磁流变加工工艺现有的硬件操作尚未有严格的规范，每次加工过后均要经过严格的清洗，否则，残留的磁流变液则会对循环管路造成严重影响。当每次清洗过后，喷嘴的复位对整个磁流变加工来说比较重要，它的空间位置和磁流变液特性决定了磁流变液在磁场中的缎带凸起的轮廓，也间接决定了去除函数的基本特性。缎带凸起轮廓是否饱满，位置是否居中等等都决定了去除函数是否稳定。但由于磁流变液在磁场中表现的特殊性，一旦采用接触式测量则会破坏在磁场作用区磁流变液的基本轮廓，使得我们无法通过接触式测量了解缎带凸起轮廓的基本特性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，该标定方法采用非接触式的激光扫描测量方式，能够解决在磁流变加工工艺中的磁场区磁流变液缎带凸起轮廓测量的问题。
一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，该方法用到的设备包括数控机床转台、高速激光轮廓扫描仪和磁流变加工设备，其中，磁流变加工设备包括磁流变液循环系统、抛光轮、永磁铁、永磁铁固定机构和抛光轮固定机构，永磁铁固定机构和抛光轮固定机构均固定连接在数控机床转台上，抛光轮安装在抛光轮固定机构上，永磁铁固定在永磁铁固定机构上并位于抛光轮的侧方；
该方法实现的步骤如下：
第一步：对高速激光轮廓扫描仪的空间位置进行标定，从而获得其相对于数控机床转台的空间位置关系；
第二步：操作数控加工中心把抛光轮移动到高速激光轮廓扫描仪激光出射口的正上方，使得抛光轮的最低点大致对应到激光出射口的位置；
第三步：在未加注磁流变液的时候转动抛光轮，然后开启高速激光轮廓扫描仪的测量模式，激光出射口射出扇形激光束对抛光轮的底部进行测量；
第四步：沿扇形激光束的垂轴方向小量移动抛光轮，通过测量得到的数据找到抛光轮的最低点与高速激光轮廓扫描仪激光出射口对准，对准后把测量得到的抛光轮检测曲线作为抛光轮球面的参考轮廓；
第五步：开启磁流变液循环系统，待系统稳定运行稳定开始进行磁流变液缎带凸起轮廓的扫描，采取多次采样平均来获取最终的磁流变液缎带凸起轮廓曲线；
第六步：根据磁流变液缎带凸起轮廓曲线来确定缎带凸起的中心位置，抛光轮轮廓曲线来找到抛光轮的最低点所在位置，计算出两个位置之间的在x轴方向上的距离差，然后通过调节磁流变液循环系统中喷嘴在x方向上的位置，最终使得距离差为零，以此实现抛光轮最低点和磁流变液缎带凸起重合的目的，从而获得轴对称性较好的去除函数。
进一步地，每间隔一定时间对磁流变液缎带凸起的轮廓进行采样，通过对比多幅采样轮廓曲线反应磁流变液在磁场作用区内的稳定性情况。
进一步地，以扇形激光束所在位置为零点，控制抛光轮在高速激光轮廓扫描仪的量程范围内沿扇形激光束的垂轴方向移动，对获得的轮廓数据进行分析，以0mm的缎带凸起轮廓为参考标准，在采集的所有轮廓数据中如果有轮廓形状发生变化，那么其所在位置区间内则为磁流变设备的有效加工区，根据这个位置区间以及抛光轮直径的信息，直接计算出此磁流变加工设备的虚拟轴角度范围，为后续的虚拟轴角度精确标定做好准备。
有益效果：
本发明选择了非接触式的激光扫描测量方式，光学测量是在强磁环境中对磁流变液缎带凸起轮廓影响最小的测量方式。由于该光学测量方法灵活方便，测量精度高，完全能够消除在磁流变加工前由人工对准引起的偏差。此外，本发明还通过在xyz三个方向调节磁流变抛光轮与激光轮廓扫描仪的相对空间位置实现对磁流变液的缎带凸起进行精确定位。上述两种方式使得测量结果准确可靠。
附图说明
图1是利用高速激光轮廓扫描仪扫描磁流变液缎带凸起的示意图；
图2是高速激光轮廓扫描仪扫描得到的磁流变液缎带凸起的轮廓分布示意图。
其中，1.高速激光轮廓扫描仪，2.扇形激光束，3.磁流变液缎带凸起，4.抛光轮，5.永磁铁，6.永磁铁固定机构，7.抛光轮固定机构，8.抛光轮轮廓曲线，9.磁流变液缎带凸起轮廓曲线。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，该方法用到的设备包括数控机床转台、高速激光轮廓扫描仪和磁流变加工设备，其中，如附图1所示，磁流变加工设备包括磁流变液循环系统、抛光轮4、永磁铁5、永磁铁固定机构6和抛光轮固定机构7，永磁铁固定机构6和抛光轮固定机构7均固定连接在数控机床转台上，抛光轮4安装在抛光轮固定机构7上，永磁铁5固定在永磁铁固定机构6上并位于抛光轮4的侧方；
该方法实现的步骤如下：
第一步：对高速激光轮廓扫描仪1的空间位置进行标定，从而获得其相对于数控机床转台的空间位置关系；
第二步：操作数控加工中心把抛光轮4移动到高速激光轮廓扫描仪1激光出射口的正上方，使得抛光轮4的最低点大致对应到激光出射口的位置；
第三步：在未加注磁流变液的时候转动抛光轮4，然后开启高速激光轮廓扫描仪1的测量模式，激光出射口射出扇形激光束2对抛光轮4的底部进行测量；
第四步：沿扇形激光束2的垂轴方向小量移动抛光轮4，通过测量得到的数据找到抛光轮4的最低点与高速激光轮廓扫描仪1激光出射口对准，对准后把测量得到的抛光轮检测曲线8作为抛光轮球面的参考轮廓；
第五步：开启磁流变液循环系统，待系统稳定运行5分钟后，开始进行磁流变液缎带凸起轮廓的扫描，采取多次采样平均来获取最终的磁流变液缎带凸起轮廓曲线9；
第六步：根据磁流变液缎带凸起轮廓曲线9来确定缎带凸起的中心位置(附图2中的右侧竖线位置)，抛光轮轮廓曲线8来找到抛光轮的最低点所在位置(附图2中的左侧竖线位置)。通过计算可以获取两个位置之间的在x轴方向上的距离Δx，然后通过调节喷嘴在x轴方向上的位置，最终使得距离Δx＝0，以此实现抛光轮最低点和磁流变液缎带凸起重合的目的，从而可以获得轴对称性较好的去除函数。
为了考察磁流变液的稳定性，我们可以在上述的过程完成后，每间隔一定时间对磁流变液缎带凸起的轮廓进行采样，通过对比多幅采样轮廓曲线可以直接了解磁流变液在磁场作用区内的稳定性情况。
本发明还能够初步确定磁流变加工设备虚拟轴的角度，控制抛光轮沿扇形激光束2的垂轴方向移动，以扇形激光束2所在位置为零点，抛光轮从-200mm的位置缓慢移动到+200mm的位置，在此移动过程前较为重要的步骤就是需要确认在移动过程中抛光轮的轮廓始终要处于高速激光轮廓扫描仪1的量程范围内，这样获得的数据才真实有效。接下来就要对获得的轮廓数据进行分析，以0mm的缎带凸起轮廓为参考标准，在采集的所有轮廓数据中如果有轮廓形状突变，那么其所在位置区间内则为磁流变设备的有效加工区，根据这个位置区间以及抛光轮直径的信息，可以直接计算出此磁流变加工设备的虚拟轴角度范围，为后续的虚拟轴角度精确标定做好准备。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，其特征在于，该方法用到的设备包括数控机床转台、高速激光轮廓扫描仪和磁流变加工设备，其中，磁流变加工设备包括磁流变液循环系统、抛光轮、永磁铁、永磁铁固定机构和抛光轮固定机构，永磁铁固定机构和抛光轮固定机构均固定连接在数控机床转台上，抛光轮安装在抛光轮固定机构上，永磁铁固定在永磁铁固定机构上并位于抛光轮的侧方；
该方法实现的步骤如下：
第一步：对高速激光轮廓扫描仪的空间位置进行标定，从而获得其相对于数控机床转台的空间位置关系；
第二步：操作数控加工中心把抛光轮移动到高速激光轮廓扫描仪激光出射口的正上方，使得抛光轮的最低点大致对应到激光出射口的位置；
第三步：在未加注磁流变液的时候转动抛光轮，然后开启高速激光轮廓扫描仪的测量模式，激光出射口射出扇形激光束对抛光轮的底部进行测量；
第四步：沿扇形激光束的垂轴方向小量移动抛光轮，通过测量得到的数据找到抛光轮的最低点与高速激光轮廓扫描仪激光出射口对准，对准后把测量得到的抛光轮检测曲线作为抛光轮球面的参考轮廓；
第五步：开启磁流变液循环系统，待系统稳定运行稳定开始进行磁流变液缎带凸起轮廓的扫描，采取多次采样平均来获取最终的磁流变液缎带凸起轮廓曲线；
第六步：根据磁流变液缎带凸起轮廓曲线来确定缎带凸起的中心位置，抛光轮轮廓曲线来找到抛光轮的最低点所在位置，计算出两个位置之间的在x轴方向上的距离差，然后通过调节磁流变液循环系统中喷嘴在x方向上的位置，最终使得距离差为零，以此实现抛光轮最低点和磁流变液缎带凸起重合的目的。
2.如权利要求1所述的用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，其特征在于，每间隔设定的时间对磁流变液缎带凸起的轮廓进行采样，通过对比多幅采样轮廓曲线反应磁流变液在磁场作用区内的稳定性情况。
3.如权利要求1所述的用于磁流变加工设备中缎带凸起的光学标定方法，其特征在于，以扇形激光束所在位置为零点，控制抛光轮在高速激光轮廓扫描仪的量程范围内沿扇形激光束的垂轴方向移动，对获得的轮廓数据进行分析，以0mm的缎带凸起轮廓为参考标准，在采集的所有轮廓数据中如果有轮廓形状发生变化，其所在位置区间内则为磁流变设备的有效加工区，根据这个位置区间以及抛光轮直径的信息，直接计算出此磁流变加工设备的虚拟轴角度范围。
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