专利名称：非球面镜面集成加工系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种电脑辅助加工系统及方法，尤其是一种非球面镜面集成加工系统及方法
背景技术：
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜 等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够 很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代 替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
近些年来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有计算机数控单点金刚石 车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术 和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前 四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。
目前，精密加工是指加工精度为1 0. lum，表面粗糙度为RaO. ro.01um的加工技术， 但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 精密加工所要解决的问题， 一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况，有时有无 表面缺陷也是这一问题的核心；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以 取得高的加工效率。精密加工应该包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。
然而，传统的精密加工从设计、加工、测量及误差分析等过程中，人为参与过多，导致 加工出来的模具精度不高且加工效率低。
因此，针对以上缺陷，需要提供一种非球面镜面集成加工系统及方法，其可以控制精密 加工设备自动化进行非球面镜面的设计、加工、测量及误差分析，从提高非球面镜面加工效 率并提高加工精度。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种非球面镜面集成加工系统，其用于根据用户需求设计非 球面模具加工数据，控制精密加工设备对非球面模具进行高精度加工，对加工出来的非球面 镜面模具进行准确测量，并根据测量数据与设计的非球面加工数据进行误差分析。
鉴于以上内容，还有必要提供一种非球面镜面集成加工方法，其用于根据用户需求设计非球面模具加工数据，控制精密加工设备对非球面模具进行高精度加工，对加工出来的非球 面镜面模具进行准确测量，并根据测量数据与设计的非球面加工数据进行误差分析。
一种非球面镜面集成加工系统，该系统运行于计算机中以控制精密加工设备进行非球面 镜面的设计、加工、测量及误差分析，该系统包括
设计单元，用于根据用户需求设计非球面镜面模具加工数据；
加工单元，用于根据上述设计的加工数据进行对非球面镜面模具进行高精度加工； 测量单元，用于对加工出来的非球面镜面模具进行测量，并记录下测量数据；及 误差分析单元，根据上述所得的测量数据及设计单元设计的加工数据进行误差分析。
本发明较佳实施例提供一种非球面镜面集成加工方法，该方法包括如下步骤 根据用户需求设计非球面模具加工数据； 根据上述加工数据对非球面镜面加工； 对加工出来的非球面镜面模具进行测量； 根据测量结果与设计的加工数据进行误差分析； 判断所述误差是否位于误差范围内；
若所述误差在误差范围内，则进行最小二乘法拟合，以得到一个测量数据与所述设计的 加工数据间的最小收敛条件，最终得到一个精度更高的非球面镜面曲线。
相较于现有技术，所述的非球面镜面集成加工系统及方法，其可以控制精密加工设备自 动化进行非球面镜面的设计、加工、测量及误差分析，从而提高非球面镜面加工效率并提高 加工精度。
图1是本发明非球面镜面集成加工系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明非球面镜面集成加工方法较佳实施例的流程图。
图3是图2的根据设计加工数据对非球面镜面进行加工步骤的详细流程图。
图4是图2的对加工出来的非球面镜面模具进行测量步骤的详细流程图。
图5是图2的根据测量数据与设计的加工数据进行误差分析步骤的详细流程图。
具体实施例方式
参阅图1所示，为本发明非球面镜面集成加工系统的功能单元示意图。该非球面镜面集 成加工系统l运行于一计算机(未示出)，其用于根据用户需求设计非球面模具加工数据， 控制精密加工设备(未示出)对非球面模具进行高精度加工，对加工出来的非球面镜面模具 进行准确测量，并根据测量数据与设计的非球面加工数据进行误差分析。该非球面镜面集成加工系统1包括一设计单元10， 一加工单元12， 一测量单元14及一误 差分析单元16。
其中设计单元10用于根据用户需求设计非球面镜面模具加工数据，该加工数据主要包括 如，镜面的凹凸、镜面半径、是否圆角过渡及圆角大小等。
加工单元12用于根据上述设计的加工数据进行对非球面镜面模具进行高精度加工，其包 括直轴非球面镜面加工及斜轴非球面镜面加工两种加工方式。
测量单元14用于对加工出来的非球面镜面模具进行测量，并记录下测量数据。
误差分析单元16根据上述所得的测量数据及设计单元10设计的加工数据进行误差分析， 如果误差分析结果显示误差在可接受误差范围内则进行最小二乘法拟合，如果误差超出可接 受误差范围，则加工单元12继续进行高精度加工直到误差回到范围内。
参阅图2所示，是本发明非球面镜面集成加工方法的较佳实施例的工作流程图。步骤 S201，设计单元10根据用户需求设计非球面模具加工数据，该加工数据主要包括如，镜面的 凹凸、镜面半径、是否圆角及圆角大小等。步骤S202，加工单元12根据上述加工数据对非球 面镜面加工，其包括直轴非球面镜面加工及斜轴非球面镜面加工两种加工方式。步骤S203， 测量单元14对加工出来的非球面镜面模具进行测量。步骤S204，误差分析单元16根据测量结 果与设计的加工数据进行误差分析。于步骤S205，判断该误差是否位于误差范围内，若该误 差位于误差范围内，则流程返回步骤S202。相反地，若误差不在误差范围内，则流程进入步 骤S206，进行最小二乘法拟合，以得到一个测量数据与所述设计的加工数据间的最小收敛条 件，最终得到一个精度更高的非球面镜面曲线。
图3是图2中步骤S202根据模具加工数据进行高精度加工的详细流程。于步骤S301，导入 设计加工数据，该加工数据主要包括如，镜面的凹凸、镜面半径、是否圆角过渡及圆角大小 等。步骤S302，输入加工刀具的半径。步骤S303，用户输入刀具加工数据及选择加工方式， 刀具加工数据包括刀具运行速度，加工深度等。该加工方式包括直轴非球面镜面加工及斜 轴非球面镜面加工方式。步骤S304，根据用户需求判断是否需要导入补偿加工数据。若需求 导入补偿加工数据，则于步骤S305，导入补偿加工数据，并流程转入S306。相反，若不需要 导入补偿数据，则于步骤S306，根据上述导入的设计加工数据及加工刀具半径及刀具加工数 据等来计算出刀具加工路径，生成加工代码，依据所述路径及加工代码对非球面镜面进行加 工。
图4是图2中步骤S203的对加工出来的非球面镜面模具进行测量的详细步骤。首先，步骤 S401，测量单元14设置多种扫描方式以指引精密加工设备上的探针对非球面镜面进行测量。所设置的扫描方式可以单独选择，也可组合选择以得出多组测量数据，从而实现对非球面镜 面的精密测量。
步骤S402，根据所选择的扫描方式生成相应的测量路径。所述的测量路径即为精密加工 设备上的探针在测量非球面镜面时的行进路径。
步骤S403，设置多个测量参数以及测量参数对应的默认值，并获取非球面镜面的设计参 数。测量参数可包括探针半径、数据传输速率、数据传输量等。每一测量参数对应一个默 认值，用户可根据测量要求或者精密加工设备的实际情况进行修改，例如不同精密加工设 备的探针半径存在差异，可输入实际使用的精密加工设备上的探针半径。
步骤S404，根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序，该测量程序 传送至精密加工设备处。
步骤S405，启动计算机的计时器板卡中的计时器以及计数器板卡中的计数器，使该计时 器、计数器在测量开始后得以计算相关参数及测量点信息，例如，测量时间、测量点数目等 。计时器及计数器所计算的相关参数及测量点信息可用于转换、计算出测量距离等数据。
步骤S406，控制精密加工设备依据该测量程序对非球面镜面进行测量。
步骤S407，获取测量数据，并将所述测量数据传送至计算机。例如精密加工设备根据 该测量程序对非球面镜面进行测量过程中，精密加工设备上的探针在非球面镜面外轮廓上的 运行轨迹，并获取测量点的坐标值、测量点的数目、测量时间等测量数据，以及根据测量的 进程自动计算出探针当前走完的测量路径的距离、探针在测量时的运行速度等数据。测量得 到的数据可以以多种数据格式来存储，以方便系统的数据分析。
步骤S408，关闭计时器以及计数器。
步骤S409，对获取的测量数据与非球面镜面设计参数进行分析比对，从而判断该非球面 镜面的加工是否合格。
步骤S410，输出包含测量数据的数据文件以及分析结果，并结束本流程。测量数据以不 同的格式输出，例如，以mod为后缀名的数据文件、以omm为后缀名的数据文件、以及以txt 为后缀名的数据文件。不同格式的数据文件可供不同的系统或者装置识别及调用。
图5是图2中步骤S204的根据测量数据与设计的加工数据进行误差分析的详细流程图。步 骤S501，导入设计加工数据，该加工数据主要包括如，镜面的凹凸、镜面半径、是否圆角过 渡及圆角大小等。步骤S502，导入测量单元14测量加工出来的非球面镜面模具的测量数据。 步骤S503，输入优化参数。步骤S504，显示误差分析结果。该误差分析结果可以以数据或以 图形的形式来展现。
权利要求
权利要求1一种非球面镜面集成加工系统，该系统运行于计算机中以控制精密加工设备进行非球面镜面的设计、加工、测量及误差分析，其特征在于，该系统包括设计单元，用于根据用户需求设计非球面镜面模具加工数据；加工单元，用于根据上述设计的加工数据进行对非球面镜面模具进行高精度加工；测量单元，用于对加工出来的非球面镜面模具进行测量，并记录下测量数据；及误差分析单元，根据上述所得的测量数据及设计单元设计的加工数据进行误差分析，如果误差分析结果显示误差在可接受误差范围内，则进行最小二乘法拟合得到一个测量数据与所述设计的加工数据间的最小收敛条件，最终得到一个精度更高的非球面镜面曲线。
2.如权利要求l所述的非球面镜面集成加工系统，其特征在于，所 述的设计的加工数据包括镜面的凹凸、镜面半径、是否圆角过渡及圆角大小。
3.如权利要求l所述的非球面镜面集成加工系统，其特征在于，所 述的加工单元进行加工时包括直轴非球面镜面加工及斜轴非球面镜面加工。
4. 一种非球面镜面集成加工方法，其特征在于，该方法包括步骤根据用户需求设计非球面模具加工数据；根据上述加工数据对非球面镜面加工；对加工出来的非球面镜面模具进行测量；根据测量结果与设计的加工数据进行误差分析；判断所述误差是否位于误差范围内；若所述误差在误差范围内，则进行最小二乘法拟合得到一个测量数据与所述设计的加 工数据间的最小收敛条件，最终得到一个精度更高的非球面镜面曲线。
5.如权利要求4所述的非球面镜面集成加工方法，其特征在于，所 述的非球面镜面加工数据包括镜面的凹凸、镜面半径、是否圆角过渡及圆角大小。
6.如权利要求4所述的非球面镜面集成加工方法，其特征在于，所 述的非球面镜面加工包括直轴非球面镜面加工及斜轴非球面镜面加工。
7. 如权利要求4所述的非球面镜面集成加工方法，其特征在于，在 判断所述误差是否位于误差范围内的步骤中若误差不在误差范围内，则返回加工步骤进行加工。
全文摘要
本发明提供一种非球面镜面集成加工系统及方法，该方法包括如下步骤根据用户需求设计非球面模具加工数据；根据上述加工数据对非球面镜面加工；对加工出来的非球面镜面模具进行测量；根据测量结果与设计的加工数据进行误差分析；判断误差是否位于误差范围内；若误差在误差范围内，进行最小二乘法拟合，以得到一个测量数据与所述设计的加工数据间的最小收敛条件，最终得到一个精度更高的非球面镜面曲线。通过本发明，提高非球面镜面加工的精度并提高加工效率。
文档编号G05B19/418GK101424756SQ20071020234
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者庆 刘, 李军旗, 欧阳渺安 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司