小型非球面數(shù)控拋光的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)分析

羅珍珍

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，利用計(jì)算機(jī)控制拋光的方法對小型非球面進(jìn)行數(shù)控拋光控制，通過計(jì)算模擬結(jié)果，得出研制的小型非球面光學(xué)元件有良好的精度，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能有效的提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，對企業(yè)生產(chǎn)有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：小型非球面；數(shù)控拋光；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，光學(xué)元件在社會(huì)生產(chǎn)和建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，利用計(jì)算機(jī)拋光控制技術(shù)對小型非球面數(shù)控拋光進(jìn)行控制，生產(chǎn)出的小型非球面光學(xué)元件表面粗糙度很低，面形精度高，并且重復(fù)精度良好，計(jì)算機(jī)拋光控制技術(shù)能有效的提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，這企業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著很高的作用。

1. 計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)

小型非球面光學(xué)元件是光電傳感器件的主要組成部分，對光電傳感器的生產(chǎn)有十分重要的作用，一直以來，小型非球面的拋光是影響紅外熱成像光學(xué)技術(shù)發(fā)展的因素，傳統(tǒng)的手工修帶拋光技術(shù)生產(chǎn)周期比較長、生產(chǎn)效率低、重復(fù)精度很差，小型非球面光學(xué)元件批量成產(chǎn)效率低，嚴(yán)重的影響了企業(yè)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)的記憶性強(qiáng)、執(zhí)行能力高等優(yōu)點(diǎn)良好的發(fā)揮出來，計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)是以定量的檢測結(jié)果作為加工指導(dǎo)，極大的提高了小型非球面光學(xué)元件的重復(fù)精度和生產(chǎn)效率。

2. 計(jì)算機(jī)控制拋光的理論和方法

2.1 計(jì)算機(jī)控制非球面加工技術(shù)的理論

計(jì)算機(jī)控制非球面加工技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)控制一個(gè)小于元件直徑四分之一的小磨頭，對小型非球面光學(xué)元件進(jìn)行打磨、拋光，計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)主要是控制磨頭在光學(xué)元件表面的打磨、拋光時(shí)間和磨頭與光學(xué)元件的壓力，從而確定材料的去除量。用公式表示為：ΔZ（x，y）=kP（x，y）V（x，y），ΔZ（x，y）代表磨頭和光學(xué)元件接觸的某一點(diǎn)材料在單位時(shí)間內(nèi)的去除量；k為光學(xué)元件在生成過程中的溫度比例常數(shù)；P（x，y）代表磨頭和光學(xué)元件接觸的某一點(diǎn)的相對壓力；V（x，y）代表磨頭在光學(xué)元件某一點(diǎn)的移動(dòng)速度；x、y代表磨頭與光學(xué)元件接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.2 材料去除量的計(jì)算機(jī)模擬

當(dāng)磨頭在光學(xué)元件表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繞被加工工件的對稱軸會(huì)產(chǎn)生一個(gè)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而保磨頭用合適的壓力和接觸面積對光學(xué)元件進(jìn)行加工，在加工過程中，拋光磨頭的旋轉(zhuǎn)軸、磨頭始終和光學(xué)元件接觸面中心點(diǎn)的切線保持垂直，光學(xué)元件隨著加工臺(tái)按一定的速度進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離大于磨頭工作半徑時(shí)，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域?yàn)榄h(huán)帶，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離小于磨頭工作半徑時(shí)，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域?yàn)閳@帶，此時(shí)磨頭工作函數(shù)中心到光學(xué)元件中心的距離與磨頭工作半徑的和值為磨頭的覆蓋區(qū)域。

在加工過程中如果壓力和其他加工工藝保持不變，則材料的去除量只受磨頭在光學(xué)元件上移動(dòng)速度的影響，所以只需要求得磨頭在光學(xué)元件上的移動(dòng)速度，就可以得出材料的去除量。根據(jù)公式， 可以計(jì)算出材料的去除量。其中R（r）表示磨頭工作函數(shù)，r表示接觸點(diǎn)到光學(xué)元件中心的距離，v表示磨頭在光學(xué)元件的移動(dòng)速度， 表示在加工中磨頭對材料去除作用的角度， 表示磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離， 表示磨頭旋轉(zhuǎn)半徑。當(dāng)光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度同磨頭的旋轉(zhuǎn)角度比為定值1/5， ＞ 時(shí)，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域?yàn)榄h(huán)帶，磨頭的工作函數(shù)會(huì)隨著 和 比的變化而變化；當(dāng)光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度同磨頭的旋轉(zhuǎn)角度比為定值1/5， ＜ 時(shí)，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域?yàn)閳@帶，此時(shí)磨頭的工作函數(shù)會(huì)隨著 的變化而變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于存在一定的誤差，因此要根據(jù)最接近磨頭工作函數(shù)的曲線進(jìn)行材料的去除量計(jì)算。

2.3 光學(xué)元件整個(gè)工作面去除量函數(shù)的計(jì)算模擬

通過對磨頭工作函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將磨頭的駐留函數(shù)做成卷積，就可以得到光學(xué)元件整個(gè)工作面的去除量函數(shù)。當(dāng)磨頭工作函數(shù)在光學(xué)元件上的運(yùn)行軌跡為螺旋線時(shí)，如果螺距比磨頭工作函數(shù)的直徑小，而光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)速度大于磨頭徑向移動(dòng)速度，磨頭和光學(xué)元件的接觸點(diǎn)在圓形磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的接觸時(shí)間很短，因此可以近似的認(rèn)為光學(xué)元件的中心和磨頭工作中心相對稱。去除量函數(shù)曲線容易受磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度的影響，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度大于磨頭工作函數(shù)時(shí)，接觸點(diǎn)在磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行軌跡為圓形，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度小于磨頭工作函數(shù)時(shí)，接觸點(diǎn)在磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行軌跡為橢圓形，通過分析光學(xué)元件整個(gè)工作面的去除量函數(shù)曲線，可以發(fā)現(xiàn)元件的中間和邊緣部分的去除量不夠，因此，可以采用調(diào)整磨頭駐留時(shí)間來進(jìn)行補(bǔ)償。

在實(shí)際生產(chǎn)中，小型非球面數(shù)控拋光是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，數(shù)控拋光的影響因素很多，如拋光摸的運(yùn)行方式、拋光元件的材料、光學(xué)元件的材料、幾何尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、磨頭與光學(xué)元件的接觸面積、壓力的大小、拋光環(huán)境的溫度、拋光材料的濃度等都會(huì)對拋光造成影響，因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要根據(jù)實(shí)際拋光的參數(shù)制作合理的材料去除量分布曲線，從而確定出光學(xué)元件的拋光材料去除量。

3. 結(jié)果

根據(jù)計(jì)算機(jī)控制拋光理論，對小型非球面數(shù)控拋光進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，得出的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果很接近，并且拋光非球面元件的表面粗糙度很低，面形精度良好，重復(fù)精度高，計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)能適用于小型非球面元件的批量生產(chǎn)，因此，利用計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)能有效提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展和建設(shè)。

4.參考文獻(xiàn)

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