[发明专利]一种光学自由曲面磨削成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学加工领域，特别提供了一种光学自由曲面磨削成型方 法。

背景技术

将自由曲面引入光学系统中，可极大提高光学系统的成像质量和能量 的传输效率。现代光学系统中自由曲面的应用，可以针对系统的特殊像差 设计特定的自由曲面，补偿系统像差，提高系统成像质量。由于自由曲面 的多自由度特性，通常可以在保证光学系统成像质量的条件下，进一步减 少光学系统中的元件数量，减小光学系统的尺寸，因此被越发广泛的应用 于医疗，军事，航天等领域。

先进数控超精密制造技术加工自由曲面光学元件，可有效解决自由曲 面光学元件加工的技术瓶颈，但一般的自由曲面磨削成型方法所涉及使用 的数控磨削加工中心直接影响光学自由曲面的加工质量，提高加工精度往 往意味着更高的加工成本，例如引进超精密的液压或气浮加工中心，其对 使用环境，加工材料均有很大的限制。

因此，如何解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学自由曲面磨削成型方法，以 解决以往在进行自由曲面加工时，需要使用超精密的数控中心，对于使用 环境和加工材料均由很大限制，而且加工成本高等问题。

本发明提供的技术方案，具体为，一种光学自由曲面磨削成型方法， 采用数控磨削加工中心与球形砂轮进行磨削成型，其特征在于：

S1：将设计的目标曲面采用点云矩阵进行描述，得点云设计矩阵 M_design；

S2：依据所述点云设计矩阵M_design对待加工曲面进行磨削工作，并对 磨削后所得曲面进行检测，得点云检测矩阵M_measure；

S3：将所述点云检测矩阵M_measure与所述点云设计矩阵M_design进行比较， 获得点云误差矩阵M_err；

S4：依据所述点云误差矩阵M_err对磨削后曲面进行补偿磨削加工。

优选，所述步骤S4包括：

S401：将所述点云误差矩阵M_err与阈值进行比较；

S402：当所述点云误差矩阵M_err大于阈值时，依据所述点云误差矩阵 M_err，计算获得点云修正矩阵M_{design_1}；

S403：依据所述点云修正矩阵M_{design_1}对磨削后曲面进行补偿磨削加 工，对补偿磨削后曲面进行点云检测，并将检测所得的点云检测矩阵与点 云设计矩阵M_design比较，再次获得点云误差矩阵M_err；

S404：重复步骤S401～S403，直至点云误差矩阵M_err小于等于阈值。

进一步优选，所述步骤S402中，依据所述点云误差矩阵M_err，计算获 得点云修正矩阵M_{design_1}的公式为：

M_{design_1}＝M_design+M_err。

进一步优选，

步骤S2中检测磨削后所得曲面的方法为接触式检测；

步骤S403中检测补偿磨削后曲面的方法为接触式检测。

进一步优选，步骤S2和步骤S403中的检测点位置与目标曲面的点云 设计矩阵采样点位置相同。

进一步优选，所述点云设计矩阵M_design和所述点云检测矩阵M_measure中 均包括曲面在X、Y、Z三维坐标数据。

本发明提供的光学自由曲面磨削成型方法，采用点云的方式对于自由 曲面进行评价与测量，计算得到点云误差矩阵，以点云误差矩阵进行补偿 加工，以修正加工结果，使用该磨削成型方法进行磨削工作，可以有效提 高数控磨削中心的磨削精度，无需引用超精密的数控中心，降低加工成本， 有利于自由曲面光学元件的制造与应用。

本发明提供的光学自由曲面磨削成型方法，具有以下优点：