专利名称：微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法
技术领域：
本发明涉及一种微型非球面元件加工方法，特别涉及一种微型非球面元件较高精度研磨或抛光加工方法。
背景技术：
微型非球面光学元件的制造普遍依赖数控精密机床加工和热压成型等方法，不但设备结构复杂，而且加工精度不能达到理想状态，加工技术成本也较高。为解决上述问题，专利申请201010105800. 1公开了一种微型非球面元件研磨及抛光装置，利用凸轮运动带动磨盘摆动，使得磨盘能够对非球面元件表面形成切向研磨，结构简单，成本低廉。可以根据非球面元件的曲面方程设置凸轮的外轮廓，以使磨盘始终能够对非球面元件表面形成切向研磨；设置支撑架连接凸轮和磨盘架，即凸轮通过支撑架推动磨盘架及磨盘摆动，同时支撑架上设置调节机构，该调节机构能够在一定范围内调整凸轮与磨盘架之间的距离和/或支撑架与磨盘架接触的位置，这种调整一方面可以适应研磨不同曲面的非球面元件，另一方面也可以补偿凸轮等结构由于磨损造成的偏差，以保持微型非球面元件研磨及抛光装置的精度；将该专利申请的凸轮设置成凸轮组合，可以形成复杂的组合凸轮轮廓，成本低；另一方面可以调整单个凸轮之间的相位角，从而改变凸轮轮廓， 能够加工外形类似，又具有不同参数(如焦距)的非球面元件。较好的解决了现有技术的上述问题。但是，这种微型非球面元件研磨及抛光装置在进行研磨或者抛光加工过程中，需要人工监控；也就是加工时需要间断的停止并进行观察，以保证加工轨迹与设计一致。这就导致了加工效率的低下，并且人工监控会导致主观误差，影响加工精度，甚至造成废品率较
尚ο因此，需要对微型非球面元件研磨及抛光加工方法进行改进，能够基本保证实际的加工轨迹与设定加工轨迹相一致，避免人工参与监控导致的效率低、主观误差高的情况， 提高成品率，降低生产成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，能够基本保证实际的加工轨迹与设定加工轨迹相一致，避免人工参与监控导致的效率低、主观误差高的情况，提高成品率，降低生产成本。本发明的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，利用微型非球面元件研磨或抛光装置对微型非球面元件进行研磨或抛光加工，包括下列步骤a.数据采集利用数码摄像机拍摄微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘对非球面元件的研磨或抛光过程，所采集影像数据输入计算机；b.形成研磨或抛光轨迹在计算机中按帧依次采集影像数据的照片，依次连接照片中磨盘与非球面元件的接触点形成实际研磨或抛光轨迹；
c.将实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹对比，如果相符，则继续研磨或抛光，如果不相符，则调整微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘的工作方位，直至实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹相吻合；d.继续执行a至c步骤，直至研磨或抛光完成。进一步，步骤c中，设定研磨或抛光轨迹为预先存于计算机的标准曲线，实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹之间的对比由计算机完成，并计算出误差参数。进一步，步骤a中，所述数码摄像机至少两个分布于微型非球面元件研磨或抛光装置的周围，每个数码摄像机将所在方位所拍摄的影像数据输入计算机输入计算机；步骤b中，在计算机中将每个数码摄像机的影像数据分别按帧形成连续的照片， 连续的照片中磨盘于非球面元件的接触点依次连接形成与数码摄像机所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹；步骤c中，将与数码摄像机所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹与对应方位的设定研磨或抛光轨迹对比；进一步，所述非球面元件研磨或抛光装置包括主电机和主电机驱动的若干凸轮， 还包括磨盘架和磨盘架上设置的磨盘，还包括夹持非球面元件的夹具头，步骤a中，所述磨盘接触并研磨或抛光夹具头上夹持的非球面元件；所述凸轮支撑磨盘架，磨盘架随着凸轮的转动发生摆动，使得磨盘对非球面元件表面形成切向研磨或抛光；进一步，所述凸轮通过支撑架支撑磨盘架，且支撑架上设置有调节机构用于调整凸轮与磨盘架之间的距离和/或支撑架与磨盘架接触的位置；进一步，所述凸轮为凸轮组合，即由若干共轴旋转的单个凸轮组合成通过一个支撑架支撑磨盘架的凸轮。本发明的有益效果本发明的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，采用数码摄像机成像技术，对研磨或抛光加工过程进行拍摄并使研磨或抛光接触点形成实际加工轨迹，与设定的轨迹进行比较，从而找到调整微型非球面元件研磨或抛光装置的调整依据， 改变磨盘的工作方位，能够基本保证实际的加工轨迹与设定加工轨迹相一致，避免人工参与监控导致的效率低、主观误差高的情况，提高成品率，降低生产成本；调整微型非球面元件研磨或抛光装置的调整可采用自动或手工方式，自动的可采用计算机根据计算的误差参数自动调整的方式，得到数控效果。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明跟踪加工方法框图；图2微型非球面元件研磨及抛光装置结构示意具体实施例方式图1为本发明跟踪方法框图，图2微型非球面元件研磨及抛光装置结构示意图，如图所示本实施例的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，利用微型非球面元件研磨或抛光装置对微型非球面元件进行研磨或抛光加工，包括下列步骤a.数据采集利用数码摄像机22拍摄微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘对非球面元件的研磨或抛光过程，所采集影像数据输入计算机23 ；数码摄像机22及计算机23 可设置于微型非球面元件研磨或抛光装置旁，通过计算机23控制进行摄像，通过数据连接输入计算机23 ；可采用现有技术中可行的任何连接方式；b.形成研磨或抛光轨迹在计算机23中按帧依次采集影像数据的照片，依次连接照片中磨盘与非球面元件的接触点形成实际研磨或抛光轨迹；上述过程通过安装于计算机内的程序实现，连续扑捉照片，获得轨迹，该轨迹为曲线；c.将实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹对比，如果相符，则继续研磨或抛光，如果不相符，则调整微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘的工作方位，直至实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹相吻合；d.继续执行a至c步骤，直至研磨或抛光完成。本实施例中，步骤c中，设定研磨或抛光轨迹为预先存于计算机23的标准曲线，实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹之间的对比由计算机23完成，并计算出误差参数；采用计算机直接对比并得到对比结果，不但保证对比精度，还能提高工作效率，进一步避免人工参与的误差。本实施例中，步骤a中，所述数码摄像机22至少两个分布于微型非球面元件研磨或抛光装置的周围，本实施例采用两个相对于微型非球面元件对称分布，图中显示出一个； 每个数码摄像机22将所在方位所拍摄的影像数据输入计算机输入计算机23 ；步骤b中，在计算机23中将每个数码摄像机22的影像数据分别按帧形成连续的照片，连续的照片中磨盘于非球面元件的接触点依次连接形成与数码摄像机所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹；步骤c中，将与数码摄像机22所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹与对应方位的设定研磨或抛光轨迹对比；从各个方位获取研磨或抛光轨迹，利于从三位获取数据，使结果更为精确，利于提高加工精度。如图2所示微型非球面元件研磨及抛光装置包括机座架10和设置于机座架10 上的悬臂1 ；悬臂1上设置可上下移动的夹具头6，夹具头6用于夹持待加工的非球面元件； 夹具头6与夹具转轴2连接，在夹具电机3的驱动下夹具转轴2旋转，从而带动夹具头6旋转。夹具转轴2设置在升降筒4内，升降筒4外设置齿条与调节齿轮5啮合，调节齿轮5转动能够使得夹具头6在垂直方向进行上下移动。调节机座架10内设置主电机13及传输主电机13动力的转轴11。转轴11上设置两个凸轮组合12在本发明中凸轮组合实质上起到凸轮的作用，具体的结构和效果在后面详述，两个凸轮组合12之间具有一定的间隔距离。 与每一个凸轮组合12配合的支撑架支撑磨盘架18，磨盘架18上设置磨盘电机20和由磨盘电机20驱动的磨盘21 ；用于采集影像数据的数码摄像机22的摄像头正对夹具头6及磨盘 21的研磨面，以用于采集对微型非球面元件的研磨或抛光过程。夹具头6将要加工打磨的光学件毛坯固定住，夹具头6在垂直方向移动到适当的位置保证磨盘21能够研磨或抛光光学件毛坯的位置，主电机13转动从而带动凸轮组合12 转动，进而使得磨盘架18摆动，磨盘架18摆动到适当位置保证磨盘21能够切向研磨或抛光光学件毛坯的位置后即开始研磨或抛光过程，如果要研磨或抛光的是具有一个对称轴的旋转非球面元件，则启动夹具电机3，使得夹具头6旋转；如果要研磨或抛光的是具有一个对称平面的非圆柱面元件，则不启动夹具电机3，夹具头6不旋转。更换磨盘21和磨料，可实施粗磨、细磨、精磨和抛光等工序。凸轮组合12直接与磨盘架18接触的情况较少使用，一般情况下，凸轮组合12都是通过支撑架对磨盘架18进行支撑。从图1中可见，支撑架包括顺序连接的顶杆14、宽度调节杆17和磨盘架支杆8。顶杆14与凸轮组合12接触，顶杆14随着凸轮组合12的转动进行上下运动。顶杆14上还设置有弹簧座套16和与之配合的弹簧15，弹簧15的弹力使得顶杆14能够始终与凸轮组合12紧密接触，以保证顶杆14始终随着凸轮组合12的轮廓进行移动，避免由于惯性等因素造成顶杆14的运动与凸轮组合12的轮廓所形成的理论运动产生偏差，从而导致磨盘架18运动发生偏差。宽度调节杆17的作用是调节磨盘架支杆8和顶杆14之间的距离，结合图2能够清晰地看到宽度调节杆17结构。宽度调节杆17 —端为具有调节螺纹的螺杆，该螺杆与顶杆14上设置的螺母配合以使宽度调节杆17在图1的水平方向上移动。宽度调节杆17的另一端设置有调节螺母9，调节螺母9与磨盘架支杆8上的升降螺杆配合，以使升降螺杆即磨盘架支杆8在图1的垂直方向移动。宽度调节杆17的一端设置有调节螺母9的一端具有类似钥匙柄的形状，除中间穿过的升降螺杆外，还有两个穿过的导向杆，导向杆的作用是使磨盘架18的运动更稳定。磨盘架支杆8的结构及磨盘架支杆8与磨盘架18的装配结构如下磨盘架支杆8 的下方为平行的两个导向杆和升降螺杆，磨盘架支杆8的上方为U型结构，U型口内两侧设置有定位销7，两个定位销7在磨盘架18上的滑槽19内滑动。可以看出，宽度调节杆17调节磨盘架支杆8和顶杆14之间的距离是通过推动磨盘架支杆8在磨盘架18上的滑槽19 内滑动实现的。磨盘架18中心孔处的电机轴把磨盘架18上方的磨盘21和下方的磨盘电机20连接，磨盘电机20带动磨盘21在圆形凹槽内平稳的旋转。磨盘架18两侧面的四个“凹”字形的滑槽19内，定位销7可在滑槽19内滑动。凸轮组合12由两个共轴旋转的单个凸轮组合而成，一个凸轮组合12通过一个支撑架支撑磨盘架，即具有左右两个凸轮组合12，每一个凸轮组合12支撑一个顶杆14。凸轮组合12或所述单个凸轮的轮廓根据要加工的非球面元件的表面形状确定，由于加工非球面元件时要求磨盘21对非球面元件进行切向研磨，因此在已知非球面元件加工表面方程的情况下可以推导出磨盘架18的运动轨迹，从而可以确定凸轮组合12或所述单个凸轮的轮廓的曲线方程。两个所述单个凸轮具有相位差，可在分度头上进行精确调节。调节两个所述单个凸轮相位差可以从整体上调整凸轮组合12的轮廓曲线，这样可以通过一对所述单个凸轮组合得到外形类似、具有不同参数的非球面光学元件如焦距不同。另外，从凸轮轮廓设计和加工来说，凸轮组合的成本更低。本发明中宽度调节杆17能够调节磨盘架支杆8和顶杆14之间的距离，磨盘架支杆8能够在垂直方向上移动，给予了磨盘架18非常灵活的调整范围，这种调整除了能应对多种参数的非球面元件，还可以在本发明的装置出现磨损误差时进行补偿，如凸轮组合12 工作一定时间后出现的磨损，可以通过这种调整进行补偿。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，利用微型非球面元件研磨或抛光装置对微型非球面元件进行研磨或抛光加工，其特征在于包括下列步骤a.数据采集利用数码摄像机拍摄微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘对非球面元件的研磨或抛光过程，所采集影像数据输入计算机；b.形成研磨或抛光轨迹在计算机中按帧依次采集影像数据的照片，依次连接照片中磨盘与非球面元件的接触点形成实际研磨或抛光轨迹；c.将实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹对比，如果相符，则继续研磨或抛光， 如果不相符，则调整微型非球面元件研磨或抛光装置的磨盘的工作方位，直至实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹相吻合；d.继续执行3至C步骤，直至研磨或抛光完成。
2.根据权利要求1所述的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，其特征在于步骤c中，设定研磨或抛光轨迹为预先存于计算机的标准曲线，实际研磨或抛光轨迹与设定研磨或抛光轨迹之间的对比由计算机完成，并计算出误差参数。
3.根据权利要求2所述的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，其特征在于步骤a中，所述数码摄像机至少两个分布于微型非球面元件研磨或抛光装置的周围，每个数码摄像机将所在方位所拍摄的影像数据输入计算机输入计算机；步骤b中，在计算机中将每个数码摄像机的影像数据分别按帧形成连续的照片，连续的照片中磨盘于非球面元件的接触点依次连接形成与数码摄像机所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹；步骤c中，将与数码摄像机所在方位对应的实际研磨或抛光轨迹与对应方位的设定研磨或抛光轨迹对比。
4.根据权利要求3所述的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，其特征在于所述非球面元件研磨或抛光装置包括主电机和主电机驱动的若干凸轮，还包括磨盘架和磨盘架上设置的磨盘，还包括夹持非球面元件的夹具头，步骤a中，所述磨盘接触并研磨或抛光夹具头上夹持的非球面元件；所述凸轮支撑磨盘架，磨盘架随着凸轮的转动发生摆动，使得磨盘对非球面元件表面形成切向研磨或抛光。
5.根据权利要求4所述的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，其特征在于所述凸轮通过支撑架支撑磨盘架，且支撑架上设置有调节机构用于调整凸轮与磨盘架之间的距离和/或支撑架与磨盘架接触的位置；步骤。
6.根据权利要求5所述的微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，其特征在于所述凸轮为凸轮组合，即由若干共轴旋转的单个凸轮组合成通过一个支撑架支撑磨盘架的凸轮。
全文摘要
本发明公开了一种微型非球面元件研磨或抛光跟踪加工方法，采用数码摄像机成像技术，对研磨或抛光加工过程进行拍摄并使研磨或抛光接触点形成实际加工轨迹，与设定的轨迹进行比较，从而找到调整微型非球面元件研磨或抛光装置的调整依据，改变磨盘的工作方位，能够基本保证实际的加工轨迹与设定加工轨迹相一致，避免人工参与监控导致的效率低、主观误差高的情况，提高成品率，降低生产成本；调整微型非球面元件研磨或抛光装置的调整可采用自动或手工方式，自动的可采用计算机根据计算的误差参数自动调整的方式，得到数控效果。
文档编号B24B13/00GK102371519SQ20111027816
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者戴特力, 梁一平, 范嗣强 申请人:重庆师范大学