專利名稱：微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法
技術領域：
本發明涉及一種微型非球面元件加工方法，特別涉及一種微型非球面元件較高精度研磨或拋光加工方法。
背景技術：
微型非球面光學元件的制造普遍依賴數控精密機床加工和熱壓成型等方法，不但設備結構復雜，而且加工精度不能達到理想狀態，加工技術成本也較高。為解決上述問題，專利申請201010105800. 1公開了一種微型非球面元件研磨及拋光裝置，利用凸輪運動帶動磨盤擺動，使得磨盤能夠對非球面元件表面形成切向研磨，結構簡單，成本低廉。可以根據非球面元件的曲面方程設置凸輪的外輪廓，以使磨盤始終能夠對非球面元件表面形成切向研磨；設置支撐架連接凸輪和磨盤架，即凸輪通過支撐架推動磨盤架及磨盤擺動，同時支撐架上設置調節機構，該調節機構能夠在一定范圍內調整凸輪與磨盤架之間的距離和/或支撐架與磨盤架接觸的位置，這種調整一方面可以適應研磨不同曲面的非球面元件，另一方面也可以補償凸輪等結構由于磨損造成的偏差，以保持微型非球面元件研磨及拋光裝置的精度；將該專利申請的凸輪設置成凸輪組合，可以形成復雜的組合凸輪輪廓，成本低；另一方面可以調整單個凸輪之間的相位角，從而改變凸輪輪廓， 能夠加工外形類似，又具有不同參數(如焦距)的非球面元件。較好的解決了現有技術的上述問題。但是，這種微型非球面元件研磨及拋光裝置在進行研磨或者拋光加工過程中，需要人工監控；也就是加工時需要間斷的停止并進行觀察，以保證加工軌跡與設計一致。這就導致了加工效率的低下，并且人工監控會導致主觀誤差，影響加工精度，甚至造成廢品率較
尚ο因此，需要對微型非球面元件研磨及拋光加工方法進行改進，能夠基本保證實際的加工軌跡與設定加工軌跡相一致，避免人工參與監控導致的效率低、主觀誤差高的情況， 提高成品率，降低生產成本。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的提供一種微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，能夠基本保證實際的加工軌跡與設定加工軌跡相一致，避免人工參與監控導致的效率低、主觀誤差高的情況，提高成品率，降低生產成本。本發明的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，利用微型非球面元件研磨或拋光裝置對微型非球面元件進行研磨或拋光加工，包括下列步驟a.數據采集利用數碼攝像機拍攝微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤對非球面元件的研磨或拋光過程，所采集影像數據輸入計算機；b.形成研磨或拋光軌跡在計算機中按幀依次采集影像數據的照片，依次連接照片中磨盤與非球面元件的接觸點形成實際研磨或拋光軌跡；
c.將實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡對比，如果相符，則繼續研磨或拋光，如果不相符，則調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤的工作方位，直至實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡相吻合；d.繼續執行a至c步驟，直至研磨或拋光完成。進一步，步驟c中，設定研磨或拋光軌跡為預先存于計算機的標準曲線，實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡之間的對比由計算機完成，并計算出誤差參數。進一步，步驟a中，所述數碼攝像機至少兩個分布于微型非球面元件研磨或拋光裝置的周圍，每個數碼攝像機將所在方位所拍攝的影像數據輸入計算機輸入計算機；步驟b中，在計算機中將每個數碼攝像機的影像數據分別按幀形成連續的照片， 連續的照片中磨盤于非球面元件的接觸點依次連接形成與數碼攝像機所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡；步驟c中，將與數碼攝像機所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡與對應方位的設定研磨或拋光軌跡對比；進一步，所述非球面元件研磨或拋光裝置包括主電機和主電機驅動的若干凸輪， 還包括磨盤架和磨盤架上設置的磨盤，還包括夾持非球面元件的夾具頭，步驟a中，所述磨盤接觸并研磨或拋光夾具頭上夾持的非球面元件；所述凸輪支撐磨盤架，磨盤架隨著凸輪的轉動發生擺動，使得磨盤對非球面元件表面形成切向研磨或拋光；進一步，所述凸輪通過支撐架支撐磨盤架，且支撐架上設置有調節機構用于調整凸輪與磨盤架之間的距離和/或支撐架與磨盤架接觸的位置；進一步，所述凸輪為凸輪組合，即由若干共軸旋轉的單個凸輪組合成通過一個支撐架支撐磨盤架的凸輪。本發明的有益效果本發明的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，采用數碼攝像機成像技術，對研磨或拋光加工過程進行拍攝并使研磨或拋光接觸點形成實際加工軌跡，與設定的軌跡進行比較，從而找到調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的調整依據， 改變磨盤的工作方位，能夠基本保證實際的加工軌跡與設定加工軌跡相一致，避免人工參與監控導致的效率低、主觀誤差高的情況，提高成品率，降低生產成本；調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的調整可采用自動或手工方式，自動的可采用計算機根據計算的誤差參數自動調整的方式，得到數控效果。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明跟蹤加工方法框圖；圖2微型非球面元件研磨及拋光裝置結構示意具體實施例方式圖1為本發明跟蹤方法框圖，圖2微型非球面元件研磨及拋光裝置結構示意圖，如圖所示本實施例的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，利用微型非球面元件研磨或拋光裝置對微型非球面元件進行研磨或拋光加工，包括下列步驟a.數據采集利用數碼攝像機22拍攝微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤對非球面元件的研磨或拋光過程，所采集影像數據輸入計算機23 ；數碼攝像機22及計算機23 可設置于微型非球面元件研磨或拋光裝置旁，通過計算機23控制進行攝像，通過數據連接輸入計算機23 ；可采用現有技術中可行的任何連接方式；b.形成研磨或拋光軌跡在計算機23中按幀依次采集影像數據的照片，依次連接照片中磨盤與非球面元件的接觸點形成實際研磨或拋光軌跡；上述過程通過安裝于計算機內的程序實現，連續撲捉照片，獲得軌跡，該軌跡為曲線；c.將實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡對比，如果相符，則繼續研磨或拋光，如果不相符，則調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤的工作方位，直至實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡相吻合；d.繼續執行a至c步驟，直至研磨或拋光完成。本實施例中，步驟c中，設定研磨或拋光軌跡為預先存于計算機23的標準曲線，實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡之間的對比由計算機23完成，并計算出誤差參數；采用計算機直接對比并得到對比結果，不但保證對比精度，還能提高工作效率，進一步避免人工參與的誤差。本實施例中，步驟a中，所述數碼攝像機22至少兩個分布于微型非球面元件研磨或拋光裝置的周圍，本實施例采用兩個相對于微型非球面元件對稱分布，圖中顯示出一個； 每個數碼攝像機22將所在方位所拍攝的影像數據輸入計算機輸入計算機23 ；步驟b中，在計算機23中將每個數碼攝像機22的影像數據分別按幀形成連續的照片，連續的照片中磨盤于非球面元件的接觸點依次連接形成與數碼攝像機所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡；步驟c中，將與數碼攝像機22所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡與對應方位的設定研磨或拋光軌跡對比；從各個方位獲取研磨或拋光軌跡，利于從三位獲取數據，使結果更為精確，利于提高加工精度。如圖2所示微型非球面元件研磨及拋光裝置包括機座架10和設置于機座架10 上的懸臂1 ；懸臂1上設置可上下移動的夾具頭6，夾具頭6用于夾持待加工的非球面元件； 夾具頭6與夾具轉軸2連接，在夾具電機3的驅動下夾具轉軸2旋轉，從而帶動夾具頭6旋轉。夾具轉軸2設置在升降筒4內，升降筒4外設置齒條與調節齒輪5嚙合，調節齒輪5轉動能夠使得夾具頭6在垂直方向進行上下移動。調節機座架10內設置主電機13及傳輸主電機13動力的轉軸11。轉軸11上設置兩個凸輪組合12在本發明中凸輪組合實質上起到凸輪的作用，具體的結構和效果在后面詳述，兩個凸輪組合12之間具有一定的間隔距離。 與每一個凸輪組合12配合的支撐架支撐磨盤架18，磨盤架18上設置磨盤電機20和由磨盤電機20驅動的磨盤21 ；用于采集影像數據的數碼攝像機22的攝像頭正對夾具頭6及磨盤 21的研磨面，以用于采集對微型非球面元件的研磨或拋光過程。夾具頭6將要加工打磨的光學件毛坯固定住，夾具頭6在垂直方向移動到適當的位置保證磨盤21能夠研磨或拋光光學件毛坯的位置，主電機13轉動從而帶動凸輪組合12 轉動，進而使得磨盤架18擺動，磨盤架18擺動到適當位置保證磨盤21能夠切向研磨或拋光光學件毛坯的位置后即開始研磨或拋光過程，如果要研磨或拋光的是具有一個對稱軸的旋轉非球面元件，則啟動夾具電機3，使得夾具頭6旋轉；如果要研磨或拋光的是具有一個對稱平面的非圓柱面元件，則不啟動夾具電機3，夾具頭6不旋轉。更換磨盤21和磨料，可實施粗磨、細磨、精磨和拋光等工序。凸輪組合12直接與磨盤架18接觸的情況較少使用，一般情況下，凸輪組合12都是通過支撐架對磨盤架18進行支撐。從圖1中可見，支撐架包括順序連接的頂桿14、寬度調節桿17和磨盤架支桿8。頂桿14與凸輪組合12接觸，頂桿14隨著凸輪組合12的轉動進行上下運動。頂桿14上還設置有彈簧座套16和與之配合的彈簧15，彈簧15的彈力使得頂桿14能夠始終與凸輪組合12緊密接觸，以保證頂桿14始終隨著凸輪組合12的輪廓進行移動，避免由于慣性等因素造成頂桿14的運動與凸輪組合12的輪廓所形成的理論運動產生偏差，從而導致磨盤架18運動發生偏差。寬度調節桿17的作用是調節磨盤架支桿8和頂桿14之間的距離，結合圖2能夠清晰地看到寬度調節桿17結構。寬度調節桿17 —端為具有調節螺紋的螺桿，該螺桿與頂桿14上設置的螺母配合以使寬度調節桿17在圖1的水平方向上移動。寬度調節桿17的另一端設置有調節螺母9，調節螺母9與磨盤架支桿8上的升降螺桿配合，以使升降螺桿即磨盤架支桿8在圖1的垂直方向移動。寬度調節桿17的一端設置有調節螺母9的一端具有類似鑰匙柄的形狀，除中間穿過的升降螺桿外，還有兩個穿過的導向桿，導向桿的作用是使磨盤架18的運動更穩定。磨盤架支桿8的結構及磨盤架支桿8與磨盤架18的裝配結構如下磨盤架支桿8 的下方為平行的兩個導向桿和升降螺桿，磨盤架支桿8的上方為U型結構，U型口內兩側設置有定位銷7，兩個定位銷7在磨盤架18上的滑槽19內滑動。可以看出，寬度調節桿17調節磨盤架支桿8和頂桿14之間的距離是通過推動磨盤架支桿8在磨盤架18上的滑槽19 內滑動實現的。磨盤架18中心孔處的電機軸把磨盤架18上方的磨盤21和下方的磨盤電機20連接，磨盤電機20帶動磨盤21在圓形凹槽內平穩的旋轉。磨盤架18兩側面的四個“凹”字形的滑槽19內，定位銷7可在滑槽19內滑動。凸輪組合12由兩個共軸旋轉的單個凸輪組合而成，一個凸輪組合12通過一個支撐架支撐磨盤架，即具有左右兩個凸輪組合12，每一個凸輪組合12支撐一個頂桿14。凸輪組合12或所述單個凸輪的輪廓根據要加工的非球面元件的表面形狀確定，由于加工非球面元件時要求磨盤21對非球面元件進行切向研磨，因此在已知非球面元件加工表面方程的情況下可以推導出磨盤架18的運動軌跡，從而可以確定凸輪組合12或所述單個凸輪的輪廓的曲線方程。兩個所述單個凸輪具有相位差，可在分度頭上進行精確調節。調節兩個所述單個凸輪相位差可以從整體上調整凸輪組合12的輪廓曲線，這樣可以通過一對所述單個凸輪組合得到外形類似、具有不同參數的非球面光學元件如焦距不同。另外，從凸輪輪廓設計和加工來說，凸輪組合的成本更低。本發明中寬度調節桿17能夠調節磨盤架支桿8和頂桿14之間的距離，磨盤架支桿8能夠在垂直方向上移動，給予了磨盤架18非常靈活的調整范圍，這種調整除了能應對多種參數的非球面元件，還可以在本發明的裝置出現磨損誤差時進行補償，如凸輪組合12 工作一定時間后出現的磨損，可以通過這種調整進行補償。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，利用微型非球面元件研磨或拋光裝置對微型非球面元件進行研磨或拋光加工，其特征在于包括下列步驟a.數據采集利用數碼攝像機拍攝微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤對非球面元件的研磨或拋光過程，所采集影像數據輸入計算機；b.形成研磨或拋光軌跡在計算機中按幀依次采集影像數據的照片，依次連接照片中磨盤與非球面元件的接觸點形成實際研磨或拋光軌跡；c.將實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡對比，如果相符，則繼續研磨或拋光， 如果不相符，則調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的磨盤的工作方位，直至實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡相吻合；d.繼續執行3至C步驟，直至研磨或拋光完成。
2.根據權利要求1所述的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，其特征在于步驟c中，設定研磨或拋光軌跡為預先存于計算機的標準曲線，實際研磨或拋光軌跡與設定研磨或拋光軌跡之間的對比由計算機完成，并計算出誤差參數。
3.根據權利要求2所述的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，其特征在于步驟a中，所述數碼攝像機至少兩個分布于微型非球面元件研磨或拋光裝置的周圍，每個數碼攝像機將所在方位所拍攝的影像數據輸入計算機輸入計算機；步驟b中，在計算機中將每個數碼攝像機的影像數據分別按幀形成連續的照片，連續的照片中磨盤于非球面元件的接觸點依次連接形成與數碼攝像機所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡；步驟c中，將與數碼攝像機所在方位對應的實際研磨或拋光軌跡與對應方位的設定研磨或拋光軌跡對比。
4.根據權利要求3所述的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，其特征在于所述非球面元件研磨或拋光裝置包括主電機和主電機驅動的若干凸輪，還包括磨盤架和磨盤架上設置的磨盤，還包括夾持非球面元件的夾具頭，步驟a中，所述磨盤接觸并研磨或拋光夾具頭上夾持的非球面元件；所述凸輪支撐磨盤架，磨盤架隨著凸輪的轉動發生擺動，使得磨盤對非球面元件表面形成切向研磨或拋光。
5.根據權利要求4所述的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，其特征在于所述凸輪通過支撐架支撐磨盤架，且支撐架上設置有調節機構用于調整凸輪與磨盤架之間的距離和/或支撐架與磨盤架接觸的位置；步驟。
6.根據權利要求5所述的微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，其特征在于所述凸輪為凸輪組合，即由若干共軸旋轉的單個凸輪組合成通過一個支撐架支撐磨盤架的凸輪。
全文摘要
本發明公開了一種微型非球面元件研磨或拋光跟蹤加工方法，采用數碼攝像機成像技術，對研磨或拋光加工過程進行拍攝并使研磨或拋光接觸點形成實際加工軌跡，與設定的軌跡進行比較，從而找到調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的調整依據，改變磨盤的工作方位，能夠基本保證實際的加工軌跡與設定加工軌跡相一致，避免人工參與監控導致的效率低、主觀誤差高的情況，提高成品率，降低生產成本；調整微型非球面元件研磨或拋光裝置的調整可采用自動或手工方式，自動的可采用計算機根據計算的誤差參數自動調整的方式，得到數控效果。
文檔編號B24B13/00GK102371519SQ20111027816
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者戴特力, 梁一平, 范嗣強 申請人:重慶師范大學