一种保形抛光工具驻留时间的确定方法及系统与流程

1.本技术涉及光学加工技术领域，尤其涉及一种保形抛光工具驻留时间的确定方法及系统。

背景技术：

2.单点金刚石车削技术已经广泛应用于光学零件超精密制造领域。该方法虽然可以快速达到微米级形状精度和纳米级表面粗糙度，但是规律性车削刀纹带来的衍射和散射效应会严重影响光学系统成像质量。为解决该问题，单点金刚石车削表面抛光后处理技术得到广泛关注，许多特种加工方法得到应用，如离子束成形(ibf)、磁流变抛光(mrf)、主动射流抛光(afjp)、粒子流抛光(ajp)和气囊抛光等。上述方法能够有效去除车削刀纹，但是如果抛光工具驻留时间选取不当，会造成面形精度的破坏，影响光学系统性能。因此，合理确定驻留时间是实现保形抛光的关键。为此，本发明提出了一种保形抛光工具驻留时间的确定方法及系统。

技术实现要素：

3.本技术的目的是针对以上问题，提供一种保形抛光工具驻留时间的确定方法及系统。
4.第一方面，本技术提供一种保形抛光工具驻留时间的确定方法，所述方法包括如下步骤：
5.s1、对标定件进行车削加工，并测量车削加工后的标定件的表面轮廓，得到第一表面轮廓数据；
6.s2、对车削加工后的标定件进行抛光，抛光工具采用恒定的第一进给速度；
7.s3、测量抛光后的标定件的表面轮廓，得到第二表面轮廓数据；
8.s4、比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，得到表面轮廓高度变化云图；
9.s5、从表面轮廓高度变化云图中选取目标观测点，所述目标观测点为表面轮廓高度变化值为第一设定值的点；
10.s6、测量目标观测点处的表面微观形貌，并判断抛光结果是否合格，若是，则执行步骤s7，若否，则调整第一进给速度的值，并跳转至步骤s2；
11.s7、根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间。
12.根据本技术某些实施例提供的技术方案，所述标定件为圆柱状结构，其车削、抛光表面为其圆形端面，抛光轨迹为等距螺旋线。
13.根据本技术某些实施例提供的技术方案，步骤s5中，从表面轮廓高度变化云图中选取目标观测点的方法具体包括：
14.选取目标直线，所述目标直线为经过所述标定件圆形端面圆心的任意一条直线；
15.在所述目标直线上选取任意一点表面轮廓高度变化值为第一设定值的点，作为所述目标观测点。
16.根据本技术某些实施例提供的技术方案，步骤s6中，判断抛光结果是否合格的具体方法包括：判断该目标观测点处的功率谱密度峰值是否小于第二设定值，若是则表示合格，若否则表示不合格。
17.根据本技术某些实施例提供的技术方案，步骤s6中，采用如下公式，调整第一进给速度：
[0018][0019]
其中，v1为调整前的第一进给速度，v2为调整后的第一进给速度，a1为当前目标观测点处的功率谱密度峰值，a0为第二设定值，k为调整系数。
[0020]
根据本技术某些实施例提供的技术方案，步骤s7中，采用如下公式，计算保形抛光工具的驻留时间：
[0021][0022]
其中，t为保形抛光工具的驻留时间，d为抛光头直径，v为第一进给速度。
[0023]
根据本技术某些实施例提供的技术方案，采用激光干涉仪测量第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据；采用白光干涉仪测量目标观测点处的表面微观形貌。
[0024]
第二方面，本技术提供一种保形抛光工具驻留时间的确定系统，包括车削加工模块、测量模块、抛光模块以及运算控制模块；
[0025]
所述车削加工模块用于对标定件进行车削加工；
[0026]
所述测量模块用于测量车削加工后的标定件的表面轮廓并得到第一表面轮廓数据；
[0027]
所述抛光模块用于对车削加工后的标定件进行抛光；
[0028]
所述测量模块还用于测量抛光后的标定件的表面轮廓并得到第二表面轮廓数据；
[0029]
所述运算控制模块用于比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，并得到表面轮廓高度变化云图；
[0030]
所述运算控制模块还用于根据表面轮廓高度变化云图选取表面轮廓高度变化值为第一设定值的目标观测点；
[0031]
所述测量模块还用于测量目标观测点处的表面微观形貌；
[0032]
所述运算控制模块还用于根据目标观测点处的表面微观形貌判断抛光结果是否合格；
[0033]
所述运算控制模块还用于当判断抛光结果不合格时，调整抛光工具的第一进给速度；
[0034]
所述运算控制模块还用于根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间。
[0035]
根据本技术某些实施例提供的技术方案，保形抛光工具驻留时间的确定系统还包括工位切换模块，所述工位切换模块用于驱动所述标定件在所述车削加工模块、所述测量模块以及所述抛光模块之间进行位置切换。
[0036]
与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术提供的保形抛光工具驻留时间的确定方法，采用与待加工零件材料相同的标定件进行抛光进给速度的确定，在确定过程中，通
过对抛光前后的标定件加工表面的表面轮廓数据进行对比、以及对抛光后的标定件上目标观测点的表面微观形貌进行测量，可以得到符合抛光结果要求(即去除车削刀纹)的抛光工具的进给速度，从而可以确定要得到符合抛光结果要求的保形抛光工具的驻留时间，进而在对待加工零件进行抛光时可以直接采用该保形抛光工具的驻留时间，根据驻留时间和待加工零件加工表面的直径尺寸去计算相应的抛光进给速度；本技术可以合理确定单点金刚石车削表面的保形抛光后处理过程中抛光工具的驻留时间，在不破坏面形精度的前提下，有效去除车削刀纹，改善光学表面中高频误差。
附图说明
[0037]
图1为本技术实施例1提供的保形抛光工具驻留时间的确定系统的结构示意图；
[0038]
图2为本技术实施例2提供的保形抛光工具驻留时间的确定方法的流程图；
[0039]
图3为本技术实施例2提供的抛光工具运动示意图；
[0040]
图4为本技术实施例2提供的标定件表面抛光轨迹的结构示意图；
[0041]
图5为本技术实施例2中标定件抛光前后表面轮廓高度变化图。
[0042]
图中所述文字标注表示为：
[0043]
1、直线导轨；2、移动机床；3、车削加工工位；4、抛光工位；5、表面轮廓测量工位；6、微观形貌测量工位；7、标定件；8、抛光工具。
具体实施方式
[0044]
为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本技术的保护范围有任何的限制作用。
[0045]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0046]
实施例1
[0047]
请参考图1，本实施例提供一种保形抛光工具驻留时间的确定系统，该系统包括：车削加工模块、测量模块、抛光模块、运算控制模块以及工位切换模块。
[0048]
所述车削加工模块用于对标定件进行车削加工；
[0049]
所述测量模块用于测量车削加工后的标定件的表面轮廓并得到第一表面轮廓数据；
[0050]
所述抛光模块用于对车削加工后的标定件进行抛光；
[0051]
所述测量模块还用于测量抛光后的标定件的表面轮廓并得到第二表面轮廓数据；
[0052]
所述运算控制模块用于比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，并得到表面轮廓高度变化云图；
[0053]
所述运算控制模块还用于根据表面轮廓高度变化云图选取表面轮廓高度变化值为第一设定值的目标观测点；
[0054]
所述测量模块还用于测量目标观测点处的表面微观形貌；
[0055]
所述运算控制模块还用于根据目标观测点处的表面微观形貌判断抛光结果是否合格；
[0056]
所述运算控制模块还用于当判断抛光结果不合格时，调整抛光工具的第一进给速度；
[0057]
所述运算控制模块还用于根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间；
[0058]
所述工位切换模块用于驱动所述标定件在所述车削加工模块、所述测量模块以及所述抛光模块之间进行位置切换。
[0059]
其中，所述测量模块包括第一测量子模块和第二测量子模块，所述第一测量子模块用于测量车削加工后的标定件的表面轮廓并得到第一表面轮廓；所述第一测量子模块还用于测量抛光后的标定件的表面轮廓并得到第二表面轮廓；所述第二测量子模块用于测量标定件在目标观测点处的表面微观形貌。
[0060]
所述工位切换模块包括沿第一方向延伸的直线导轨1，所述第一方向为水平方向，所述直线导轨1上安装有移动机床2，所述移动机床2可以沿所述直线导轨1移动，所述移动机床2用于安装标定件7；所述直线导轨1的上方沿所述第一方向依次设有四个工位，分别为车削加工工位3、抛光工位4、表面轮廓测量工位5和微观形貌测量工位6；所述移动机床2与所述运算控制模块电连接，所述运算控制模块可控制所述移动机床2沿所述直线导轨1移动，以实现所述标定件7在不同的工位之间进行位置切换。
[0061]
所述车削加工模块设置在所述车削加工工位3，其用于对标定件7进行单点金刚石车削加工。
[0062]
所述第一测量子模块为激光干涉仪，其设置在所述表面轮廓测量工位5，用于测量车削加工后的标定件7的表面轮廓并得到第一表面轮廓，还用于测量抛光后的标定件7的表面轮廓并得到第二表面轮廓；所述第二测量子模块为白光干涉仪，其设置在所述微观形貌测量工位6，用于测量标定件7在目标观测点处的表面微观形貌。所述激光干涉仪和所述白光干涉仪的测量端均垂直向下。
[0063]
所述抛光模块设置在抛光工位4，用于对车削加工后的标定件7进行抛光，在本实施例中，采用的是主动射流抛光工具8，抛光工具8的抛光头为可升降结构。
[0064]
所述运算控制模块还分别与所述车削加工模块、所述抛光模块、所述第一测量子模块以及所述第二测量子模块电连接，在使用时，第一步，控制所述车削加工模块对标定件进行车削加工；第二步，控制移动机床带动标定件移动至表面轮廓测量工位，并启动第一测量子模块对车削加工后的标定件的表面轮廓进行测量得到第一表面轮廓数据；第三步，控制移动机床带动标定件移动至抛光工位，并启动抛光模块对标定件进行抛光；第四步，控制移动机床带动标定件移动至第一测量子模块对抛光后的标定件的表面轮廓进行测量得到第二表面轮廓数据；第五步，比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，并根据比较结果选择目标观测点；第六步，控制移动机床带动标定件移动至微观形貌测量工位，并启动第二测量模块测量目标观测点处的表面微观形貌；第七步，根据上一步的测量结果判断抛光结果合格与否，若合格计算最终的保形抛光工具的驻留时间，若不合格调整抛光工具的进给速度，再重复上述步骤进行抛光、测量直至抛光结果合格，具体地实现方法参见实施例2。
[0065]
需要说明的是，本实施例的移动机床2在直线导轨1上移动的驱动方式可以有多种，比如，可以是伺服电机驱动的丝杆螺母机构，即在直线导轨的一侧设置伺服电机，直线导轨固定在机座上，伺服电机有丝杆的一端连接，丝杠远离伺服电机的一端与直线导轨的
机座可转动连接，丝杆上螺纹连接有螺母块，螺母块固定在移动机床的底部，同时螺母块上设有滑动块，滑动块与直线导轨滑动连接，通过伺服电机驱动丝杆转动，螺母块在直线导轨和滑动块的直线限位作用下，带着移动机床做直线运动；此外还可以是伺服电机与移动轮的驱动方式，即在移动机床的底部设置四个移动轮，四个移动轮由伺服电机驱动转动，移动轮可在直线导轨内滚动。
[0066]
实施例2
[0067]
本技术提供一种保形抛光工具驻留时间的确定方法，其采用如实施例1所述的保形抛光工具驻留时间的确定系统，请参考图2，所述方法包括如下步骤：
[0068]
s1、对标定件进行车削加工，并测量车削加工后的标定件的表面轮廓，得到第一表面轮廓数据。
[0069]
所述标定件可以理解为用于确定保形抛光工具驻留时间的试验件，即通过对所述标定件进行抛光来确定待加工的零件的保形抛光工具驻留时间；所述标定件的材料与待加工零件相同，所述标定件为圆柱状结构，其直径为70mm；所述标定件采用与待加工零件相同的车削参数(包括刀具规格、进给速度、吃刀量等)，对所述标定件的一圆形端面进行单点金刚石车削加工，加工完成后采用激光干涉仪测量标定件车削加工表面的表面轮廓，得到第一表面轮廓数据，所述第一表面轮廓数据为车削加工表面的高度云图，即抛光前的加工表面的高度云图。
[0070]
s2、对车削加工后的标定件进行抛光，抛光工具采用恒定的第一进给速度。
[0071]
抛光方法可以为离子束成形(ibf)、磁流变抛光(mrf)、主动射流抛光(afjp)、粒子流抛光(ajp)、以及气囊抛光中的任意一种，在本实施例中，所采用的抛光方法为主动射流抛光(afjp)，即所采用的抛光工具为主动射流抛光工具。
[0072]
所述标定件安装在机床上，机床可以驱动所述标定件以恒定的转速绕自身的中心轴线(即圆柱体的中心轴线)转动，如图3所示；在本实施例中，其转速ω＝200rpm，抛光工具采用恒定的第一进给速度对车削加工后的表面进行抛光，第一进给速度的初始值可以设置为v＝0.1mm/min，抛光头的直径d＝10mm，在抛光时，抛光头自所述标定件圆形端面的圆心位置向边缘位置匀速直线移动，抛光轨迹为等距螺旋线，如图4所示。
[0073]
s3、测量抛光后的标定件的表面轮廓，得到第二表面轮廓数据。
[0074]
采用激光干涉仪测量所述标定件抛光后的表面轮廓以得到第二表面轮廓数据，所述第二表面轮廓数据为抛光表面的高度云图。
[0075]
s4、比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，得到表面轮廓高度变化云图。
[0076]
所述运算控制模块接收两次表面轮廓数据，并将两次表面轮廓数据进行比较，即作差，得到抛光前后的所述标定件加工表面的表面轮廓高度变化云图，如图5所示。
[0077]
s5、从表面轮廓高度变化云图中选取目标观测点，所述目标观测点为表面轮廓高度变化值为第一设定值的点。具体包括：
[0078]
选取目标直线，所述目标直线为经过所述标定件圆形端面圆心的任意一条直线；
[0079]
在所述目标直线上选取任意一点表面轮廓高度变化值为第一设定值的点，作为所述目标观测点。
[0080]
所述表面轮廓高度变化云图所对应的轮廓为圆形轮廓，即所述标定件的圆形端面，由于车削是回转对称的，所以加工完的面形误差也是回转对称的，因此只需要选取一条
过圆心的直线，即可以表征整个加工表面的面形误差。
[0081]
在本实施例中，任意选取一条经过所述标定件加工表面圆心的直线作为目标直线，并在目标直线上选取目标观测点，所述目标直线与所述表面轮廓高度变化云图相对应，选取的目标观测点所对应的表面轮廓高度变化值为第一设定值，所述第一设定值例如可以为δh＝0.1μm，这里第一设定值的数值的设定为行业内保形可接受的尺寸。
[0082]
s6、测量目标观测点处的表面微观形貌，并判断抛光结果是否合格，若是，则执行步骤s7，若否，则调整第一进给速度的值，并跳转至步骤s2。
[0083]
s7、根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间。
[0084]
采用白光干涉仪测量所述目标观测点处的局部表面微观形貌，来判断上一次抛光结果是否合格，即判断所述目标观测点处的车削刀纹是否已经去除，如果测量结果显示目标观测点的车削刀纹已经去除，则计算该点的抛光工具单位长度驻留时间，并将计算结果作为待加工零件抛光后处理的工艺参数；如果测量结果显示目标观测点的车削刀纹没有去除，则需要减小标定过程的抛光工具的进给速度，即减小第一进给速度，再进一步对标定件进行抛光，重复步骤s2-s6，直至抛光结果合格。
[0085]
其中，步骤s6中，判断抛光结果是否合格的具体方法包括：判断该目标观测点处的功率谱密度峰值是否小于第二设定值，若是则表示合格，若否则表示不合格。
[0086]
所述白光干涉仪所测量的目标观测点处的局部表面微观形貌的结果可数字化表示为该点处的功率谱密度峰值，在所述运算控制模块中，存储有第二设定值，所述第二设定值为标准设定值，其一般取值为1000a2μm-1
，在本实施例中，判断目标观测点处的功率谱密度峰值小于1000a2μm-1
时，表示抛光结果合格，否则表示抛光结果不合格，需要调整第一进给速度再进行抛光处理。
[0087]
在步骤s6中，采用如下公式，调整第一进给速度：
[0088][0089]
其中，v1为调整前的第一进给速度，v2为调整后的第一进给速度，a1为当前目标观测点处的功率谱密度峰值，a0为第二设定值，k为调整系数，k的取值范围为0.8-1.2。例如，调整前的第一进给速度为0.1，第二设定值为1000，当前目标观测点处的功率谱密度峰值为1200，k取值1.2，则计算得到的调整后的第一进给速度为0.06，即采用调整后的第一进给速度为所述标定件的抛光表面进行抛光。
[0090]
步骤s7中，采用如下公式，计算保形抛光工具的驻留时间：
[0091][0092]
其中，t为保形抛光工具的驻留时间，d为抛光头直径，v为第一进给速度。
[0093]
需要说明的是，上述公式中的v为最后一次调整后的第一进给速度的值，即抛光结果合格时所对应的抛光时的第一进给速度。将计算得到的保形抛光工具的驻留时间作为待加工零件的保形抛光工具的驻留时间，在对待加工零件进行加工时，根据上述计算得到的驻留时间以及待加工零件的表面直径尺寸计算抛光工具的进给速度，一次抛光完成的待加工零件的加工表面符合抛光结果要求，即可以有效去除单点金刚石车削刀纹。
[0094]
本技术提供的保形抛光工具驻留时间的确定方法，可以合理确定单点金刚石车削
表面的保形抛光后处理过程中抛光工具的驻留时间，在不破坏面形精度的前提下，有效去除车削刀纹，改善光学表面中高频误差。
[0095]
本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本技术的保护范围。

技术特征：

1.一种保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、对标定件进行车削加工，并测量车削加工后的标定件的表面轮廓，得到第一表面轮廓数据；s2、对车削加工后的标定件进行抛光，抛光工具采用恒定的第一进给速度；s3、测量抛光后的标定件的表面轮廓，得到第二表面轮廓数据；s4、比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，得到表面轮廓高度变化云图；s5、从表面轮廓高度变化云图中选取目标观测点，所述目标观测点为表面轮廓高度变化值为第一设定值的点；s6、测量目标观测点处的表面微观形貌，并判断抛光结果是否合格，若是，则执行步骤s7，若否，则调整第一进给速度的值，并跳转至步骤s2；s7、根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间。2.根据权利要求1所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，所述标定件为圆柱状结构，其车削、抛光表面为其圆形端面，抛光轨迹为等距螺旋线。3.根据权利要求2所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，步骤s5中，从表面轮廓高度变化云图中选取目标观测点的方法具体包括：选取目标直线，所述目标直线为经过所述标定件圆形端面圆心的任意一条直线；在所述目标直线上选取任意一点表面轮廓高度变化值为第一设定值的点，作为所述目标观测点。4.根据权利要求3所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，步骤s6中，判断抛光结果是否合格的具体方法包括：判断该目标观测点处的功率谱密度峰值是否小于第二设定值，若是则表示合格，若否则表示不合格。5.根据权利要求4所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，步骤s6中，采用如下公式，调整第一进给速度：其中，v1为调整前的第一进给速度，v2为调整后的第一进给速度，a1为当前目标观测点处的功率谱密度峰值，a0为第二设定值，k为调整系数。6.根据权利要求5所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，步骤s7中，采用如下公式，计算保形抛光工具的驻留时间：其中，t为保形抛光工具的驻留时间，d为抛光头直径，v为第一进给速度。7.根据权利要求1所述的保形抛光工具驻留时间的确定方法，其特征在于，采用激光干涉仪测量第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据；采用白光干涉仪测量目标观测点处的表面微观形貌。8.一种保形抛光工具驻留时间的确定系统，其特征在于，包括车削加工模块、测量模块、抛光模块以及运算控制模块；所述车削加工模块用于对标定件进行车削加工；所述测量模块用于测量车削加工后的标定件的表面轮廓并得到第一表面轮廓数据；
所述抛光模块用于对车削加工后的标定件进行抛光；所述测量模块还用于测量抛光后的标定件的表面轮廓并得到第二表面轮廓数据；所述运算控制模块用于比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，并得到表面轮廓高度变化云图；所述运算控制模块还用于根据表面轮廓高度变化云图选取表面轮廓高度变化值为第一设定值的目标观测点；所述测量模块还用于测量目标观测点处的表面微观形貌；所述运算控制模块还用于根据目标观测点处的表面微观形貌判断抛光结果是否合格；所述运算控制模块还用于当判断抛光结果不合格时，调整抛光工具的第一进给速度；所述运算控制模块还用于根据第一进给速度，计算得到保形抛光工具的驻留时间。9.根据权利要求8所述的保形抛光工具驻留时间的确定系统，其特征在于，还包括工位切换模块，所述工位切换模块用于驱动所述标定件在所述车削加工模块、所述测量模块以及所述抛光模块之间进行位置切换。

技术总结

本申请提供一种保形抛光工具驻留时间的确定方法及系统，所述方法包括：S1、对标定件进行车削加工，并测量得到第一表面轮廓数据；S2、对标定件进行抛光；S3、测量抛光后标定件的表面轮廓，得到第二表面轮廓数据；S4、比较第一表面轮廓数据和第二表面轮廓数据，得到表面轮廓高度变化云图；S5、选取目标观测点；S6、测量目标观测点处的表面微观形貌，并判断抛光结果是否合格，若是，则执行S7，若否，则调整第一进给速度的值，并跳转至S2；S7、计算保形抛光工具的驻留时间。本申请可以合理确定保形抛光后处理过程中抛光工具的驻留时间，在不破坏面形精度的前提下，有效去除车削刀纹，改善光学表面中高频误差。高频误差。高频误差。