CN1554514A - 采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法 - Google Patents

Abstract

采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，利用计算机控制软件控制磨镜机的运动，并通过磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器(光电编码器)，获得主动抛光盘相对于被磨制镜面的坐标，通过查表得到在当前的位置，向12组力促动器的控制电路输出12位的数据和相应的控制各个促动器电路工作的控制信号，主动、实时加力，使抛光盘变形为镜面上相应部分的理想的非球面，从而可以用磨制球面的方法来磨制高精度、大口径的非球面的天文镜面。

Description

采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法

                              技术领域

本发明涉及光学磨镜机，特别是采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，属于光学机械、自动控制及计算机技术领域。

                              背景技术

现代天文科学的发展要求天文学家可以精确地确定天体的位置，并探测越来越遥远的天体，增大天文望远镜的口径、提高望远镜光学系统的是实现这些目标的最有效的办法之一，因此磨制大口径、高精度的天文光学镜面是摆在天文光学工艺专家的重要课题。传统的镜面抛光就需要一个金属做的抛光盘，抛光盘与光学镜面相贴合，当磨镜机转动时抛光盘与镜面产生相对运动，若镜面与抛光盘中间添加研磨剂，通过一定时间的研磨，光学镜面的面形就完全与抛光盘贴合，因为加工的抛光盘是圆的一部分，生成球面面形，通过抛光可以得到高精度的球面面形，这个过程称为球面抛光，而在加工大口径非球面镜面时就发生了困难，因为不可能加工出精度和面形与光学镜面完全相同的非球面金属盘，传统的方法是：仍采用球面的抛光盘，依靠人工修整抛光盘来控制加工精度，加工进度和精度直接依赖于人的经验和技术，加工周期长，精度无法保证。世界各国的光学工艺专家都在探索解决大口径光学镜面的加工方法，主动压力抛光是一种新技术，它主要解决大口径非球面光学镜面加工的周期和精度，在加工过程中，根据抛光盘在镜面的位置和角度，主动实时地将抛光盘变形为镜面上相应部分的非求面，使抛光盘的面形总是与所需要的镜面面形相一致，于是可以用磨制球面镜的方法来加工大口径高精度的非球面天文镜面，这种技术称为主动压力抛光。经典的磨制镜面时使用的抛光抛光盘较轻，因此抛光盘对镜面的加压相对比较容易，通常只要在抛光盘上加一个一定重量的重物，使抛光盘对光学镜面有一个压力，这个压力的大小由抛光盘的自重和附加重物的总和，增减附加重物的重量就可以调节对镜面的压力大小，就可以调节抛光盘对镜面的压力大小。在采用了主动光学抛光盘以后，抛光盘本身自重较重，在加工过程中必须卸荷，并保持抛光盘对光学镜面的压力恒定。图1是现有技术光学磨镜机中使用的一个主动压力抛光盘机械结构，它有12个电机(力促动器)，每三个电机组成一组加力组，一共有四个加力组，均匀地分布在金属盘的四周，当电机组根据要求加上不同的力，使金属盘面变形，当加力合适，就可以获得所要求的面形，利用这种原理和结构组成的专门用于光学加工时用作细磨和抛光工序的金属模盘称作主动抛光盘。主动压力抛光盘自重压在光学镜面上的压力太重，不能进行光学抛光加工，有的光学磨镜机床是另外加上一个平衡机构，再对抛光盘(模)加一个恒定压力，保证加工要求。我们设想，主动压力抛光盘的自重就是一个压力源，采用一种简单的机械机构和相应的控制方法，减轻主动压力抛光盘对镜面的压力(卸荷)，并保证加工过程中抛光盘对镜面的压力保持不变。由图1可以看出，主动压力抛光盘是一个对称结构，合理的机械设计，我们可以把它当作一个平面刚体来考虑，其等效重心在主动压力抛光盘的垂直中心，其等效重量为G，作用于等效重心O点，这样，若在主动压力抛光盘的等径圆周上，均匀加上三个提升力P1、P2、P3(或加一个提升力P于主动压力抛光盘的重心O点)，根据平面力系的平衡原理，则P1+P2+P3＝G，若P1＝P2＝P3，则可以证明P1＝P2＝P3＝1/3G＝G′，每一个提升力提升总重量的三分之一。上述主动压力抛光盘的提升力压力控制器结构，本申请人已另案申请专利。

                              发明内容

本发明的目的提供一种采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，运用计算机控制软件控制主动抛光盘的面形、压力以及控制磨镜机的各部分运行，从而磨制出大口径、高精度的非球面天文镜面。

本发明的上述目的是这样实现的：

采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，含安装在磨镜机垂直转轴上的磨头及磨头盘，磨头及磨头盘滑动配合在磨镜机横梁导轨上，磨头下设有主动压力抛光盘，与主动压力抛光盘相对的被加工光学镜面置于旋转的底盘工作台上，在主动压力抛光盘上设有使抛光盘变形的12个力促动器电机及三个提升点，提升点通过带有丝杆的机械传动链联接于压力驱动电机的输出端，压力驱动电机固定在磨头盘上，机械传动链中设置有重力传感器，12个力促动器电机连接有拉力传感器，横梁、抛光盘及底盘上设有位置传感器，抛光盘侧设有位移传感器，其特征是由计算机读取磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标，根据主动抛光盘相对于镜面的坐标，通过12个力促动器拉紧钢丝绳主动实时加力、读取重力传感器通过机械传动链施力三个提升点；读取位移传感器并与理想面形比较，通过力促动器修正误差。

上述采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法编制了计算机控制程序，包括以下内容：(1)磨镜工作流程：以磨镜机和主动抛光盘为控制对象，首先通过对话框进行参数设定，磨镜工作之前，需要设定横梁左右限位的数值、横梁转速、横梁往返限次运动时的次数、抛光盘的速度、抛光盘往返运动时的次数、抛光盘往返运动时左右限位的位置、底盘的速度，横梁、底盘、抛光盘的工作方式，计算机读磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标，如果横梁位置到左(右)限位位置，计算机输出指令，使横梁反向，速度的大小保持不变，根据主动抛光盘相对于镜面的坐标，计算机查表，得到12个力促动器各自应加力的数值，计算机通光电隔离的接口卡，把数字信号输出计算机，依次选通12个变形系统，使12个力促动器精确加力，12个促动器拉紧钢丝绳，主动抛光盘面型随之改变，得到磨镜需要的面型，计算机把当前横梁、底盘、抛光盘的工作状态：当前速度、是否到限位、是否在转向、计算机占用CPU的时间、主动抛光盘变形情况，以文字显示在界面的“工作状态指示”栏中，其中以游标形式动态显示当前横梁位置，主动抛光盘部分预设参数是主动抛光盘对镜面的压力，此压力的大小控制了对镜面磨削量的大小，程序对每一项均设有默认值，磨镜工作结束，输入提升高度值，主动抛光盘的提升机构把主动抛光盘拉起到指定高度，抛光盘与镜面分离；(2)定标及面型检验流程：以主动抛光盘和位移传感器LVDT为控制对象，定标就是求刚度矩阵，刚度矩阵是12个力促动器的加力值与抛光盘面型变化量的变换矩阵，刚度矩阵由实测得到的数据计算获得，程序首先进行初始化，测量次数No＝1，为了保证求得的刚度矩阵的准确性和稳定性，测量要重复12次，最后结果进行均方根平均，促动器号N＝1，即从1#促动器开始依次加力，I＝0，即从90牛顿开始加力，计算机向主动抛光盘发出指令：每个力促动器加力210牛顿，然后计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，把此数据作为基准面型，下面测到的数据都要减掉基准面型值，才是抛光盘的变形量，计算机控制1号力促动器产生预定拉力，其余促动器保持基准拉力，计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，然后此数据减掉基准面型值，得到抛光盘的变形量，把此值保存到计算机，然后1号促动器再加6牛顿，以同样方式得到数据存入计算机，直到加力值达到210牛顿，然后进行第2号力促动器的加力、测量面型，这样依次进行12个促动器变形、测量，从而第1次的测量完成，重复上面的步骤，进行12次，然后把12次得到的数据平均，即为最后测量结果，调用数学分析计算程序，对测量数据进行平移、倾斜消差，然后计算出刚度矩阵K，利用K和理想面型值，求出加力表，定标的工作结束。

本发明的优点及效果：主动抛光盘计算机控制软件是通过控制主动抛光盘的面形、压力以及控制磨镜机的运行，从而磨制出大口径、高精度的非球面天文镜面。在抛光过程中，主动抛光盘各部分对镜面的局部压力分布，可以根据抛光盘与镜面的相对位置由计算机主动调节。而且根据光学加工的要求，主动抛光盘的转速、转向、工作区间、对镜面的压力均可通过计算机随时修改。主动抛光盘的采用，大大提高了大型非球面镜面加工的效率。与传统的小工具磨制非球面相比，主动抛光盘磨制镜面可以避免切带，且效率更高。本软件把光学加工专家的多年经验加以总结和发展，在加工过程中，遵循他们的某些光学加工经验知识，自动控制磨镜机及抛光盘的各种动作，与此同时，又允许磨镜技术人员自由修改各种参数、选择工作方式，从而让他们能完全的、按自己的要求控制磨镜的过程。基于Windows的工控软件，拥有友好的人机界面，易学好用。从而能够顺利推广高精度、大口径天文镜面磨制技术。

使用此软件控制的主动抛光盘和磨镜机，实验加工了一块直径为910mm、焦比为f/2的抛物面镜面，经过三个多月实验已经完成抛光磨制，加工精度RMS≤1/30λ，已经达到了世界先进水平。2003年12月25日，国家自然科学基金测试小组现场测试，得出镜面4个方向的PV值和RMS值，平均的RMS全口径为0.05λ，全口径的95％，RMS平均值为0.034λ。此软件控制的主动压力抛光盘变形精度为RMS 2.62u，误差峰谷值为7.6u。优于此课题立项时的指标要求。此软件控制的磨镜机、主动抛光盘各项动作均达到要求。

                               附图说明

图1是现有技术光学磨镜机中使用的一个主动压力抛光盘机械结构示意图；

图2是本发明中主动抛光盘的变形控制系统框图；

图3是本发明中计算机控制系统结构图；

图4是本发明中计算机控制系统各模块的数据流示意图；

图5是本发明中主动抛光盘控制软件模块框图；

图6是本发明中磨镜工作程序流程图；

图7是本发明中定标程序流程图。

                             具体实施方式

一、软件编程思想

主动抛光盘计算机控制软件控制磨镜机的运动，并通过磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器(光电编码器)，获得主动抛光盘相对于被磨制镜面的坐标，通过查表(lookup table)，得到在当前的位置，12组力促动器应该加的拉力，向12组力促动器的控制电路输出12位的数据和相应的控制各个促动器电路工作的控制信号(均为+12V电平的开关量)。主动、实时加力，使抛光盘变形为镜面上相应部分的理想的非球面，从而可以用磨制球面的方法来磨制高精度、大口径的非球面的天文镜面。其中建立lookup table这样一个数据表相当重要。这要经过定标和生成look_up table两个过程。

1、用最小二乘法求刚度矩阵(即定标)

12个力促动器依次加力，16个取样点的位移传感器LVDT得到16个LVDT的测量值(位移传感器的变化量)，但是抛光盘的变形量与LVDT的测量值之间有一个平移、倾斜的关系。

${\left[\begin{array}{cccccc}{k}_{11}& 0& .& .& .& 0\\ k_{21}& 0& .& .& .& 0\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ k_{\mathrm{16,1}}& 0& .& .& .& 0\end{array}\right]}_{16\×12}\×{\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ 0\\ .\\ .\\ .\\ 0\end{array}\right]}_{12\×1}={\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ u_2\\ .\\ .\\ .\\ u_{16}\end{array}\right]}_{16\×1}$

定标时依次给12个电机加力，得到数据，然后进行矩阵计算，K_16×12×F_12×21＝U_16×21，K＝U/F，从而得到[K]。

2、用阻尼最小二乘法求变形力，生成look_up table

主动抛光盘的工作是：磨镜机横梁每10mm，抛光盘每5°，抛光盘变形一次，横梁工作范围是0～365mm，抛光盘工作范围0～360°，所以在存在74×72＝5328个方程，U_16×5328为镜面的理想面型。

用最小二乘法解超定方程K_16×12×F_12×5328＝U_16×5328

最小二乘解为F_12×5328＝(K^TK)^-1K^TU

由于测量误差等原因，所求出的变形力可能远远超出促动器的允许加力范围(动态范围)，所以我们采样阻尼最小二乘法，其解为

       F_12×5328＝(K^TK+PI)^-1K^TU

I是单位矩阵，P是阻尼因子，选择适当的P，就可以得到加力允许范围内的解

可以证明：阻尼最小二乘法得到的解是n维变量空间中一初始点为中心，解点为表面点的n维椭球中的最优解。阻尼最小二乘法是K.Levenberg 1944年提出的算法在光学自动设计中有着广泛的应用，它可以有效的解决非线性和此类有误差问题。当然，这种算法运算量极大，如果在磨镜的工作中实时计算，将极大占用计算机的时间，影响计算机对磨镜机和主动抛光盘变形的实时控制。为此，计算机在工作之前进行计算，并把结果生成一定格式的数据表格，在工作中查表控制抛光盘的面型。

二、硬件环境

主控计算机是一台工业控制计算机CPU：PII 450，主板：PCA-6176L，底板：PCA-6114P4 14槽ISA/PCI无源底板，机箱：IPC-610，内存：256M SDRAM，硬盘：QT8.4G

工控机中插3块接口卡：

工控机与磨镜机的控制电路之间使用台湾威达公司的光电隔离的I/O卡ISO-P32C32

工控机与抛光盘变形、提升机构的控制电路之间使用另一块ISO-P32C32

工控机与LVDT的面型检测电路之间使用威达公司A-821PGL A/D卡

三、软件环境

采用windows98操作系统，Windows是一个基于消息的非抢先式多任务操作系统。控制软件采用Visual C++6.0编写。

四、具体功能设计

主动抛光盘计算机控制软件分为4个部分：

1、主界面

主界面上方有主菜单，其中包括文件、工作、数据处理、帮助等子菜单，磨镜工作的命令都在这些菜单下。为方便工作，程序设置了3个对话框界面：磨镜工作界面，系统检测维护界面，定标及面型检验界面。背景是磨镜机和抛光盘全貌。

2、磨镜工作模块

如3～5图所示，子系统控制磨镜机工作、抛光盘变形、抛光盘对镜面的压力。用户可以根据磨镜的工艺要求，在界面选择磨镜机三轴工作方式：磨镜机横梁的运动方式(定位、往返无限次运动、往返限次运动)、抛光盘的运动方式(定位、往返运动、单向无限次运动、单向限次运动)、底盘的运动方式(定位、单向无限次运动)。在界面的对话框中输入各种参数：横梁左右限位的数值、横梁转速、横梁往返限次运动时的次数、抛光盘的速度、抛光盘往返运动时的次数、抛光盘往返运动时左右限位的位置、底盘的速度等等。之所以设定如此之多的运动方式、参数设定，是为了最大限度上满足磨镜的要求、使磨镜在工艺上更加方便，使我们能够更随心所欲的控制磨镜过程。当然，为了计算机操作人员的便利，程序为每一项设置了默认值，这是本课题的光学加工专家在长期的磨镜过程中得出的经验数据。这样每次磨镜，工作人员往往只需改动几个参数即可，提高了工作效率。本子系统在完全控制磨镜机的同时，还控制主动抛光盘的变形工作。程序根据抛光盘与镜面的相对位置，查表求得12个促动器各自应加的力，使抛光盘变形。在“笑脸”按钮按下，即“笑脸”笑时，此工作开始。否则，抛光盘不变形。本系统第三个重要功能就是控制主动抛光盘对镜面的压力、控制主动抛光盘的提升和下降。3个提升机构的提升点间隔120°，这样的机构保证了盘面对镜面的压力一致。在磨镜时，切换到压力控制。在每天工作完毕后，再切换到位置控制，则抛光盘被提升到指定的位置，离开镜面。

3、统检测维护模块

当主动抛光盘系统需要检修时，使用此界面。对12个变形促动器和3个提升促动器可以分别单个加力，同时通过力传感器测得实际加力数值。送出力的16进制代码显示在屏幕上。通过对比抛光盘电路数据总线上测到的代码，即可轻松判断数据线是否正常。可根据每个促动器子系统传给工控机的实际变形拉力，判断该闭环子系统是否工作正常。

4、定标及面型检验模块

定标的过程也就是求刚度矩阵的过程。刚度矩阵反映了12个电机的力与主动抛光盘面型之间的关系。为了得到足够精度的刚度矩阵K，定标时依次给12个电机加力(90N～210N，每6牛顿一个：90N 96N 102N...204N 206N)以150N为中点。

K_16×12×F_12×252＝U_16×252，即试验次数90N、96N...204N、210N，共21次即N1＝N2＝...＝N12＝21次。21×12＝252次加力实验，每加一次力，测得反映抛光盘面型的16个LVDT数据，这样一次定标要处理252×16＝4032个数据。由前面的数学分析知：这4032个数据还要经过消X、Y方向平移、消倾斜的处理，数据才能用于计算K阵。为了验证求得的刚度矩阵的准确性和稳定性，定标的工作会重复很多次，工作量相当大。如果依靠手工测量，定标一次将花1～2天时间中间还不能间断，实验人员的体力精力将无法承受。而定标子系统则在相当程度上自动完成上面大部分工作，程序每隔固定时间(1500ms)向每个力促动器依次发出变形指令，变形稳定后，LVDT采样，计算机记录面型变化。在完成原始数据采集后，子系统消平移、倾斜误差，得到文件U.txt。历时4小时自动完成，排除了人为因素，保证了实验的准确性。

实验求得的刚度矩阵是否能够真实反映抛光盘的特性，还必须经过实际变形的检验。面型检验程序的作用就是把lookup中的力数据传给主动抛光盘的变形机构，控制抛光盘变形。LVDT测出此时的面型变化，经过消平移、倾斜误差，与理想面型对比。工控机与LVDT的面型检测电路之间使用威达公司A-821PGL A/D卡。使用的LVDT(差动变压器式的位移传感器Linear Variable Differential Transformer)测量范围：0～±1mm，，灵敏度：2500mv/mm，输出电压：±2.5V，线性度：0.5％，电源电压：±12V，尺寸：Φ12×45mm。16个LVDT输出的模拟量输入计算机，通过16通道的A/D卡，A/D变换后，每通道得到12位的16进制代码，计算机再把代码换算为抛光盘的变形量。同时计算机屏幕上显示出当前的抛光盘的3维面型，操作人员可以放大、缩小、XYZ 3轴旋转、XYZ3轴平移等等，从各个角度观察分析面型。

五、计算机控制对象分析

在磨制镜面时，控制软件以磨镜机和主动抛光盘为控制对象，在定标和面型检验时，控制软件以主动抛光盘和LVDT(差动变压器式的位移传感器)为控制对象。主动抛光盘的机械原理图1。主动抛光盘的直径450mm，采用12个力促动器，根据力学计算，对应抛光盘直径300mm内±0.3mm的最大变形要求，每个力促动器的最大的加力范围±300N。(此处的300mm指有效直径，即抛光盘铝基板的边缘在力促动器加力后会产生边缘效应，故抛光盘最外圈不适合工作)力促动器的加力精度＜0.5N，加力分辨率＜0.15N。主动抛光盘的变形控制系统由12个闭环控制系统组成，每个系统的框图见图2。这12个闭环系统接受计算机相应的数据，各自实时保持自己系统对铝基板的拉力。主动抛光盘在每一点的面型都是所有力促动器的共同影响的结果。

计算机控制系统的具体工作可以分为：计算机接口电路、计算机软件编程、计算机对实验数据的分析处理。主动抛光盘计算机控制系统实际控制2大部分：主动抛光盘和磨镜机。其中主动抛光盘部分包括：变形系统、压力系统、提升系统。而磨镜机部分包括：横梁、抛光盘、底盘。

计算机控制横梁，就是控制了主动抛光盘在镜面上的工作区间、径向运动速度。计算机控制抛光盘，就是控制了主动抛光盘自身的旋转方向、速度及工作方式(如单向、在一定区间往返)。计算机控制底盘，由于底盘托载玻璃，从而控制了玻璃的旋转方向、速度及工作方式(单向、在一定区间往返)。

计算机通过通过磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器(光电编码器)，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标，然后控制变形系统，主动实时加力，主动抛光盘变形为镜面上相应部分的非球面(对抛光盘来讲是一个偏轴非球面)。

计算机根据光学工艺的要求，通过压力系统，控制主动抛光盘对镜面的压力。其中压力控制系统是3套独立的压力闭环系统。它们接受计算机的命令，实时保持抛光盘对镜面的压力，从而免除了计算机的负担。

在需要使抛光盘与镜面分离时，计算机控制提升系统，把抛光盘提升至指定位置。

六、程序工作流程：

1、磨镜工作流程

见图6，磨镜工作之前，①通过对话框进行参数设定需要设定横梁左右限位的数值、横梁转速、横梁往返限次运动时的次数(运行到指定次数时，自动停止工作，工作次数的设定使得磨镜工作量更加细致，更易于控制)、抛光盘的速度、抛光盘往返运动时的次数、抛光盘往返运动时左右限位的位置、底盘的速度，横梁、底盘、抛光盘的工作方式。这样，在此软件控制下的磨镜机工作灵活、精确，横梁、底盘、抛光盘可以根据光学工艺的要求，以任意方向、任意速度、任意区间工作，可以特别磨制镜面的某一个区域。这些都是传统磨镜机难以做到的。主动抛光盘部分预设参数是主动抛光盘对镜面的压力，此压力的大小控制了对镜面磨削量的大小。程序对每一项均设有默认值，这是本课题人员在磨镜过程中的经验总结。根据磨镜的要求，操作人员可以以经验值为参考，自由修改。②点击“变压力”按钮，放下主动抛光盘，以预定压力压在镜面上。点击“底盘运行”、“抛光盘运行”、“横梁运行”按钮，依次启动底盘、抛光盘、横梁点击“笑脸”按钮，所有对话框变灰，不再接受输入参数。计算机进入自动控制全部工作过程状态，不再需要工作人员操作。当然，如有必要，操作人员可以随时中止计算机工作或改变计算机工作状态。在出现异常情况时，点击“紧急制动”按钮可以立即使磨镜机、主动抛光盘停止工作。③计算机读磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器(光电编码器)，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标。如果横梁位置到左(右)限位位置，计算机输出指令，使横梁反向，速度的大小保持不变。④根据主动抛光盘相对于镜面的坐标，计算机查表，得到12个力促动器各自应加力的数值。计算机通过台湾威达公司的光电隔离的I/O卡ISO-P32C32接口卡，把数字信号输出计算机，依次选通12个变形系统，使12个力促动器精确加力，12个促动器拉紧钢丝绳，主动抛光盘面型随之改变，得到磨镜需要的面型。⑤计算机把当前横梁、底盘、抛光盘的工作状态(当前速度、是否到限位、是否在转向、计算机占用CPU的时间、主动抛光盘变形情况)以文字显示在界面的“工作状态指示”栏中，其中以游标形式动态显示当前横梁位置。⑥磨镜工作结束，输入提升高度值，点击“提升”按钮，主动抛光盘的提升机构把主动抛光盘拉起到指定高度，抛光盘与镜面分离。

2、定标工作流程(见图7)

定标就是求刚度矩阵，刚度矩阵是12个力促动器的加力值与抛光盘面型变化量的变换矩阵。刚度矩阵由实测得到的数据计算获得。定标程序完全由计算机历时4小时自动完成，排除了人为因素，保证了实验的准确性。

定标程序流程图说明：

程序首先进行初始化，测量次数No＝1(为了保证求得的刚度矩阵的准确性和稳定性，测量要重复12次，最后结果进行均方根平均。)促动器号N＝1(即从1#促动器开始依次加力)，I＝0(即从90N开始加力)；计算机向主动抛光盘发出指令：每个力促动器加力210N。然后计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，把此数据作为基准面型，下面测到的数据都要减掉基准面型值，才是抛光盘的变形量。计算机控制1号力促动器产生预定拉力，其余促动器保持基准拉力，计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，然后此数据减掉基准面型值，得到抛光盘的变形量。把此值保存到计算机。然后1号促动器再加6牛顿，以同样方式得到数据存入计算机。直到加力值达到210N。然后进行第2号力促动器的加力、测量面型，这样依次进行12个促动器变形、测量。从而第1次的测量完成。重复上面的步骤，进行12次，然后把12次得到的数据平均，即为最后测量结果。调用数学分析计算程序，对测量数据进行平移、倾斜消差，然后计算出刚度矩阵K，利用K和理想面型值，求出加力表，定标的工作结束。

Claims (2)

1、采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，含安装在磨镜机垂直转轴上的磨头及磨头盘，磨头及磨头盘滑动配合在磨镜机横梁导轨上，磨头下设有主动压力抛光盘，与主动压力抛光盘相对的被加工光学镜面置于旋转的底盘工作台上，在主动压力抛光盘上设有使抛光盘变形的12个力促动器电机及三个提升点，提升点通过带有丝杆的机械传动链联接于压力驱动电机的输出端，压力驱动电机固定在磨头盘上，机械传动链中设置有重力传感器，12个力促动器电机连接有拉力传感器，横梁、抛光盘及底盘上设有位置传感器，抛光盘侧设有位移传感器，其特征是由计算机读取磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标，根据主动抛光盘相对于镜面的坐标，通过12个力促动器拉紧钢丝绳主动实时加力、读取重力传感器通过机械传动链施力三个提升点；读取位移传感器并与理想面形比较，通过力促动器修正误差。

2、根据权利要求1所述采用主动压力抛光盘磨制非球面光学镜面的方法，其特征是编制了计算机控制程序，包括以下内容：(1)磨镜工作流程：以磨镜机和主动抛光盘为控制对象，首先通过对话框进行参数设定，磨镜工作之前，需要设定横梁左右限位的数值、横梁转速、横梁往返限次运动时的次数、抛光盘的速度、抛光盘往返运动时的次数、抛光盘往返运动时左右限位的位置、底盘的速度，横梁、底盘、抛光盘的工作方式，计算机读磨镜机的横梁、抛光盘、底盘的位置传感器，获得主动抛光盘相对于镜面的坐标，如果横梁位置到左(右)限位位置，计算机输出指令，使横梁反向，速度的大小保持不变，根据主动抛光盘相对于镜面的坐标，计算机查表，得到12个力促动器各自应加力的数值，计算机通光电隔离的接口卡，把数字信号输出计算机，依次选通12个变形系统，使12个力促动器精确加力，12个促动器拉紧钢丝绳，主动抛光盘面型随之改变，得到磨镜需要的面型，计算机把当前横梁、底盘、抛光盘的工作状态：当前速度、是否到限位、是否在转向、计算机占用CPU的时间、主动抛光盘变形情况，以文字显示在界面的“工作状态指示”栏中，其中以游标形式动态显示当前横梁位置，主动抛光盘部分预设参数是主动抛光盘对镜面的压力，此压力的大小控制了对镜面磨削量的大小，程序对每一项均设有默认值，磨镜工作结束，输入提升高度值，主动抛光盘的提升机构把主动抛光盘拉起到指定高度，抛光盘与镜面分离；(2)定标及面型检验流程：以主动抛光盘和位移传感器LVDT为控制对象，定标就是求刚度矩阵，刚度矩阵是12个力促动器的加力值与抛光盘面型变化量的变换矩阵，刚度矩阵由实测得到的数据计算获得，程序首先进行初始化，测量次数No＝1，为了保证求得的刚度矩阵的准确性和稳定性，测量要重复12次，最后结果进行均方根平均，促动器号N＝1，即从1#促动器开始依次加力，I＝0，即从90牛顿开始加力，计算机向主动抛光盘发出指令：每个力促动器加力210牛顿，然后计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，把此数据作为基准面型，下面测到的数据都要减掉基准面型值，才是抛光盘的变形量，计算机控制1号力促动器产生预定拉力，其余促动器保持基准拉力，计算机读微位移传感器LVDT测量得到的数据，然后此数据减掉基准面型值，得到抛光盘的变形量，把此值保存到计算机，然后1号促动器再加6牛顿，以同样方式得到数据存入计算机，直到加力值达到210牛顿，然后进行第2号力促动器的加力、测量面型，这样依次进行12个促动器变形、测量，从而第1次的测量完成，重复上面的步骤，进行12次，然后把12次得到的数据平均，即为最后测量结果，调用数学分析计算程序，对测量数据进行平移、倾斜消差，然后计算出刚度矩阵K，利用K和理想面型值，求出加力表，定标的工作结束

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