[发明专利]磨制非球面光学镜面的数控磨镜机

说明书

技术领域

        本发明属于光学加工领域，具体涉及一种用于磨制非球面光学镜面的数控磨镜机的发明。

背景技术

       磨镜机是一种磨制光学镜面的机器，对于球面镜，可以方便地直接磨制，对于非球面镜，一般依靠磨制工艺加以控制，加工过程中需不断检测和修磨，工艺复杂，对工人的技术要求高，因而成本高昂。对树脂镜片而言，一般采用先磨制玻璃的镜片作为模具，通过注塑生产树脂镜片。非球面镜的成像质量远好于球面镜，但生产的困难导致其成本较高。

现有技术中的数控磨镜机，绝大部分为球面磨镜机。例如，中国200820029067.8号实用新型专利：一种用于加工球面工件的高精度球面数控珩磨机，由主轴、磨具、可控摩擦力矩球型铰链、压力杆、摆动轴随动弹性加力机构及随动力测量系统和随动光电测长系统等组成。主轴转动后，可控摩擦力矩球型铰链带动磨具摆动，同时磨具绕自身轴线转动。这类球面磨镜机无法完成自动磨制非球面镜的任务。其工作原理为球面展成原理，当主轴以角速度ω转动, 珩磨头具以角速度β摆动同时珩磨头绕自身轴线以角速度ω1转动。ω、β、ω1三个参数相互关联，影响加工精度，通过计算机控制、控制协调ω、β、ω1三个参数的最佳匹配，保证了珩磨头均匀磨损和球面工件均匀珩磨。

国外进口的部分数控磨镜机，能磨制非球面镜片，但价格均极其高昂，不适合在民用产品特别是低价的眼镜、观鸟镜、双筒望远镜等产品上应用。

本申请人于2012年提交的发明专利申请“数控非球面磨镜机”（申请号：201210203265.2），技术方案是：数控非球面磨镜机，在磨头座上设有磨头旋转轴，磨头安装在该磨头旋转轴上；磨头旋转电机带动所述磨头绕磨头旋转轴旋转；其特征在于，所述的磨头座安装在极径平移台上，磨头座平移电机带动所述的磨头座在极径平移台上沿极径方向平移；所述的极径平移台通过极角旋转轴安装在磨镜机底座上，极角轴电机带动极角轴旋转；同时，磨镜机底座上设有镜坯座，由镜坯座平移电机带动所述镜坯座平移；镜坯旋转轴安装在该镜坯座上，镜坯固定在该镜坯旋转轴上，由镜坯旋转电机带动该镜坯旋转轴与镜坯旋转；所述的磨头旋转电机、磨头座平移电机、极角轴电机、镜坯座平移电机与镜坯旋转电机，均由控制系统的电脑进行数字化控制。这种磨镜机的极坐标运动系统是一种下旋转-上平移系统；能加工非球面镜，成本也较低廉，但因为总体设计的原因，该方案对系统的刚性要求较高，否则在加工过程中容易因电机的振动，造成结构不稳定，影响镜面质量。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种改进的磨制非球面光学镜面的数控磨镜机。与现有技术不同，本发明磨镜机的极坐标运动系统是一种下平移-上旋转的极坐标运动系统。本发明的磨制非球面光学镜面的数控磨镜机结构稳定性好，能够由电脑控制磨镜机自动磨制，快速磨出需要的非球面镜面，对操作人员的经验要求不高，成本极大降低，磨制效率高。

完成上述发明任务的技术方案是：

一种磨制非球面光学镜面的数控磨镜机，在磨头座上设有磨头旋转轴，磨头安装在该磨头旋转轴上；磨头旋转电机带动所述磨头绕磨头旋转轴旋转；所述的磨头座安装在极径平移台上，磨头座平移电机带动所述的磨头座在极径平移台上沿极径方向平移；极角轴电机带动极角轴旋转；同时，磨镜机底座上设有镜坯座，由镜坯座平移电机带动所述镜坯座平移；镜坯旋转轴安装在该镜坯座上，镜坯固定在该镜坯旋转轴上，由镜坯旋转电机带动该镜坯旋转轴与镜坯旋转；所述的磨头旋转电机、磨头座平移电机、极角轴电机、镜坯座平移电机与镜坯旋转电机，均由控制系统的电脑进行数字化控制；其特征在于，所述的磨头座安装在极径平移台上的安装方式是：所述磨头座是通过极角旋转轴安装在极径平移台上，形成下平移-上旋转的极坐标运动系统。

使用时在所述控制系统的电脑软件内输入设计的镜面的面形函数，或输入样品的测量数据，即可由电脑控制磨镜机自动磨制，可磨制凹面或凸面的旋转非球面。

与现有技术不同是，本发明磨镜机的磨头运动系统不是传统意义上的极坐标系统，平移运动在下方，是主运动；旋转轴安装在平移运动台上，是从运动，最大的区别是：本发明的设计思路完全颠覆了传统的技术偏见；本系统旋转轴的中心随平移运动而变化，而传统极坐标运动系统的中心固定不动。