[發明專利]非軸對稱非球面光學元件的平行磨削方法

無效

• 申請號: 200710009306.3
• 申請日: 2007-07-30
• 公開（公告）號: CN101125411A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 郭隱彪;王振忠;郭江
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00;B24B1/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種非軸對稱非球面光學元件，尤其是涉及一種非軸對稱非球面光學元件的平行磨削方法。

背景技術

用于激光打印機(Laser?Printing)與激光打標機(Laser?Marking)上的掃描物鏡，必須滿足等速掃描平面完善成像的要求，但是由于傳統光學的成像，象高H與掃描角θ成非線性關系(H＝F*tgθ)，無法滿足線性成像關系，因此必須根據線性成像的要求(H＝F*θ)故意將該物鏡面形設計成帶有“負畸變”的自由曲面。這種特殊的變形的物鏡稱為Fθ透鏡形式的自由曲面透鏡。

非軸對稱非球面光學元件(F-theta鏡)是自由曲面光學元件的重要類型，是激光掃描系統中不可缺少的重要部件，廣泛用于導彈跟蹤瞄準儀、標刻機、雕刻機、激光打印機、傳真機、印刷機以及用于制作半導體集成電路的激光圖形發生器和激光掃描精密設備中。

為了獲得更加清晰和精確的光學圖像，滿足在醫療設備及其軍事上的應用，對非軸對稱非球面的形狀精度和表面粗糙度提出了極高的要求。因此，為了滿足加工精度以及可行性的要求，一些能加工出光滑表面的數字化加工方法例如金剛石切削、球形砂輪磨削、混合電加工和ELID等相繼被提出。然而，這些加工方法存在效率低、面形難保證、程序復雜等問題，另外在加工工藝流程方面也存在一些問題。(參見文獻：1、Kuriyagawa，Tsunemoto；Tachibana，Toru；Syoji，Katsuo；Mori，Yukio.Nonaxisymmetric?aspheric?ceramic?mirror?machining?using?arcenvelope?grinding?method.Transactions?of?the?Japan?Society?of?Mechanical?Engineers，Part?C，v?63，n?611，Jul，1997，2532-2537；2、Gotoh?T，Takaya?Y，Miyoshi?T.Studies?on?generating?free-formsurface?from?high-density?measured?point?data(1st?Report).JSPE，Japanese?Edition，1998，64(1)：84～88)

發明內容

本發明的目的在于針對非軸對稱非球面的成形3軸加工法柔性不足及球形砂輪加工法對工具和機械的要求太高的缺點，提供一種采用普通金剛石圓弧砂輪的3軸兩聯動的非軸對稱非球面光學元件的平行磨削方法。

本發明包括以下步驟：

1)選擇加工方式，設定加工參數，利用非軸對稱非球面表面方程計算工件表面點軌跡G(x_g，z_g，y_g)的步驟；

2)結合圓弧砂輪參數計算出磨床x軸、y軸和z軸3軸聯動砂輪中心點軌跡O(x₀，z₀，y₀)的步驟；

3)對磨床x軸、y軸和z軸3軸聯動砂輪中心點軌跡O(x₀，z₀，y₀)的各列z坐標值取平均值，得z坐標值平均值z₀′，將3軸聯動砂輪中心點軌跡O(x₀，z₀，y₀)變為O′(x₀，z₀′，y₀)的步驟；

4)建立非線性方程組，以x_g，z_g為初值，采用Guass-Newton迭代算法，利用x₀，z₀′反求得到工件表面點x_g′坐標和z_g′坐標的步驟；

5)代入非軸對稱非球面表面方程算出工件表面點軌跡G′(x_g′，z_g′，y_g′)的步驟；

6)結合圓弧砂輪參數計算出3軸兩聯動砂輪中心點軌跡O₁(x₁，z₁，y₁)的步驟，從而實現非軸對稱非球面工件的3軸兩聯動高精度加工。

所述的加工方式即為加工程序插補點的分割方式，可分為等步長方式和等弧長方式。等步長方式即在工件的x軸和z軸方向將工件的加工長度按相等距離平均分割；等弧長方式即在工件的x軸和z軸方向將工件的加工表面弧長按相等弧長平均分割。

所述的非軸對稱非球面表面方程可表示為：