具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法与流程

本发明涉及一种立方体反射镜车削加工方法，尤其是涉及一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法。

背景技术：

立方体反射镜作为光路搭建和系统调试中的基准镜使用，可提供准确的角度定位基准。传统工艺下的立方体反射镜是采用玻璃材质的镜片按胶合上盘后冷加工工艺制作出的。传统冷加工方法制作的立方体反射镜需多次迭代研磨抛光，提升相邻面的垂直度和控制相对面的厚度值。并且，传统冷加工必须要将立方体反射镜下盘后再进行厚度和垂直度的测试，这在一定程度上延长了加工时间周期。此外，加工中立方体反射镜的多个面相互之间精密定位十分困难，需要保证面与面之间的平行度和垂直度。本发明的目的在于提供一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法，解决了多角度定位面加工难度大的问题，适用于金属材质的立方体反射镜车削加工，具有可定制外形结构、低成本和加工周期短等优点。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法，该方法包括：在直角棱镜和基底工装的辅助下依次车削加工待加工工件的各表面，在加工过程中利用光学探针在线检测待加工工件的厚度偏差和垂直角度偏差。

进一步地，该方法具体步骤为：

s1：待加工工件为立方体结构，各表面分别为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面和第六面，其中第一面与第二面互为对面，第三面与第四面互为对面，第五面与第六面互为对面，用第一直角棱镜和第二直角棱镜辅助待加工工件定位角度，结合基底工装车削第一面和第二面；

s2：用光学探针在线检测加工件第一面与第二面的厚度偏差，检测完成后，将待加工工件下盘待用；

s3：使用第一直角棱镜作为角度靠体，将直角面与基底工装贴合，将待加工工件的第一面与直角面贴合；

s4：结合基底工装车削加工待加工工件的第三面；

s5：用光学探针沿规划路径在线检测第三面和第二面的垂直角度偏差，检测完成后，将待加工工件下盘待用；

s6：结合基底工装车削加工待加工工件的第四面；

s7：用光学探针在线检测加工件第三面与第四面的厚度偏差，检测完成后，将待加工工件下盘待用；

s8：使用第一直角棱镜和第二直角棱镜作为角度靠体，将第二面和第三面与直角棱镜贴合；

s9：结合基底工装车削加工待加工工件的第五面；

s10：用光学探针沿规划路径在线检测第五面和第一面的垂直角度偏差，检测完成后，将待加工工件下盘待用；

s11：结合基底工装车削加工待加工工件的第六面；

s12：用光学探针在线检测加工件第五面与第六面的厚度偏差，检测完成后，待加工工件加工完成。

进一步地，车削所述待加工工件的各表面时具体步骤为：将待加工面的对面粘至基底工装上，然后将基底工装与待加工工件一同上盘，车削待加工面。

进一步地，将所述待加工面的对面粘贴在基底工装上时使用的粘合剂为胶或蜂蜡。

进一步地，所述基底工装为有一对面平行的金属柱体。

进一步地，所述基底工装的平行对面的面形精度优于0.5μm。

进一步地，通过测试基底面与待加工面的距离进行所述厚度偏差的检测。

进一步地，车削所述待加工工件的各表面时，每一个加工面的面形精度在0.2μm以内，粗糙度在4nm以内。

进一步地，使用所述第一直角棱镜和第二直角棱镜辅助定位角度时，定位精度在15角秒以内。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明利用超精密车削加工的方式代替了传统的抛光加工方式，可获得用于不同光学系统调试中的多种尺寸的立方体反射镜，提高了加工效率，降低了制作成本；

(2)本发明按一定顺序依次对待加工工件的各表面进行加工，并在加工过程中对厚度偏差及垂直角度偏差进行实时调整，有效提高了加工精度；

(3)结合加工基准平面和两组直角棱镜辅助定位角度，实现高精度立方体反射镜的快速加工；

(4)利用光学探针在线检测反馈，提高了超精密车削加工的精度和可靠性。

附图说明

图1为一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法的流程图；

图2为基于超精密车削加工与在线检测立方体反射镜的示意图；

图3为待加工立方体反射镜各个面标号示意图；

图4为立方体反射镜采用第一直角棱镜时的角度定位示意图；

图5为立方体反射镜采用第一直角棱镜和第二直角棱镜时的角度定位示意图；

图6为光学探针在线检测立方体反射镜的垂直角度偏差示意图；

其中，1、基底工装，2、待加工工件，201、第一面，202、第二面，203、第三面，204、第四面，205、第五面，206、第六面，3、第一直角棱镜，4、第二直角棱镜，5、光学探针。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

本实施例提供一种具有在线检测功能的立方体反射镜超精密车削加工方法，如图2所示，该方法使用的加工设备包括车床以及固定安装于车床上的车削刀和光学探针5，车床上设有用于带动工件在x轴方向上水平移动的移动底座。本实施例加工时使用单点金刚车进行车削加工。移动底座上设有基底工装1，基底工装1为底面直径为50mm的圆柱体，基底工装1采用铝合金6061材质，基底工装1的两个平面的面形精度优于0.5μm。待加工工件2放置于基底工装1上，待加工工件2为铝合金rsa905材质，待加工工件2是一般精度的机床加工好的立方体毛坯，但不具备光学立方反射镜的性能。

如图3所示，设待加工工件2的表面分别为第一面201、第二面202、第三面203、第四面204、第五面205、第六面206，其中第一面201与第二面202互为对面，第三面203与第四面204互为对面，第五面205与第六面206互为对面。

如图1所示，该方法的具体步骤为：

s1：使用第一直角棱镜3和第二直角棱镜4作为角度靠体，直角棱镜的一个直角边与直角棱镜贴合，将面203、205与直角棱镜另一个直角边贴合，辅助待加工工件定位角度，定位精度在15角秒以内。

将待加工工件2的第二面202用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第一面201，加工完成后将待加工工件2下盘待用，将待加工工件2的第一面201用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第二面202。

如图5所示，第一直角棱镜3和第二直角棱镜4采用k9材料，第一直角棱镜3和第二直角棱镜4的直角的角度精度为2角秒。直角棱镜可视作为基准坐标系，自由状态下将待加工工件与直角棱镜贴合，在待加工工件的上端面定位出需要加工的平面角度位置。

s2：用光学探针5在线检测加工件第一面201与第二面202的厚度偏差，在厚度偏差大于设定值时，返回步骤s1，重新进行车削。检测完成后，将待加工工件2下盘待用。

s3：使用第一直角棱镜3作为角度靠体，将直角面301与基底工装1贴合，将待加工工件2的第一面201与直角面302贴合。

s4：将待加工工件2的第四面204用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第三面203。

s5：调转直角棱镜的位置，如图6所示，使直角棱镜的直角面301与待加工工件贴合，直角面302远离且平行于基底工装1，用光学探针5沿规划路径在线检测面203和面202的垂直角度偏差，在垂直角度偏差大于设定值时，返回步骤s3，重新进行车削。检测完成后，将待加工工件2下盘待用。

光学探针沿规划路径进行检测时，沿着立方反射镜加工表面在线检测，车床带着立方反射镜在x轴方向上水平移动，光学探针则相对立方反射镜移动进行数据测试。

s6：将待加工工件2的第三面203用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第四面204。

s7：用光学探针5在线检测加工件第三面203与第四面204的厚度偏差，检测完成后，将待加工工件2下盘待用。

s8：使用第一直角棱镜3和第二直角棱镜4作为角度靠体，将第二面202和第三面203与直角棱镜贴合。

s9：将待加工工件2的第六面206用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第五面205。

s10：如步骤s5调转直角棱镜的位置，用光学探针5沿规划路径在线检测第五面205和第一面201的垂直角度偏差，检测完成后，将待加工工件2下盘待用。

s11：将待加工工件2的第五面205用胶粘至基底工装1上，将基底工装1与待加工工件2一同上盘，并车削加工第六面206。

s12：光学探针5在线检测加工件第五面205与第六面206的厚度偏差，检测完成后，待加工工件2加工完成。

该方法中，测量所述的厚度偏差时，其测试值为基底面与待加工面的距离，待加工工件2表面被车削加工时，每一个加工面的面形精度在0.2μm以内，粗糙度在4nm以内。

本实施例中，将待加工对面粘贴在基底工装1上时使用的粘合剂还可以为蜂蜡。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。