CN108844488B - 环形抛光沥青盘表面面形在线监控装置及监控方法 - Google Patents

Abstract

一种环形抛光中抛光盘表面面形在线监控装置及监控方法，装置包括***固定支架、反射镜、反射镜调整镜架、透镜、分光镜、CCD、镜筒调整装置、手动旋转台、导光光纤和光源，本发明装置能够对抛光过程中的沥青盘面的面形进行在线监控，能够使盘面的面形稳定收敛，具有测量精度高、结构简单、实时性好的特点，提高了光学元件的加工效率。

Description

环形抛光沥青盘表面面形在线监控装置及监控方法

技术领域

本发明涉及环形抛光机，特别是一种环形抛光机抛光沥青盘表面面形在线监控装置及监控方法。

背景技术

环形抛光是加工高精度平面光学元件的关键工序，该加工技术是获得高精度平面光学元件的主要手段，其加工结果直接决定了光学元件的最终质量。一直以来，抛光工序始终是高精度平面光学元件加工流程中的瓶颈，其制造成本和工时占整个制造流程的一半以上。

环形抛光是通过控制抛光盘表面面形来调节工件面形，抛光盘(主要成分是沥青和松香的混合物)是黏弹性材料，其面形可通过改变校正盘的位置从而改变抛光盘盘面的压力分布进行调节。由于环形抛光受温度、湿度、盘面的硬度等多种因素的影响，再加上缺乏充分的理论研究，导致这个调节过程非常困难。目前的环形抛光加工很大程度上仍依赖于工人的经验，停留在定性而非定量的基础上，严重制约了光学元件的加工效率。

实际加工中，为了了解加工过程中抛光盘表面面形的变化，需要频繁地将工件从抛光盘上取下后再用干涉仪进行检测。根据检测的结果设定新的加工参数进行加工，直至面形达到要求，一般需要多次反复的过程。工件和校正盘脱离抛光盘后需要恒温1-2小时才可以进行检测，这段时间内，校正盘上下抛光盘都会对抛光盘造成新的不确定影响。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术问题而提供一种环形抛光机抛光沥青盘表面面形在线监控装置。

本发明的技术解决方案如下：

所述抛光盘表面面形在线监控装置，其特点在于，该装置包括***固定支架、固定在支架上的手动旋转台、俯仰调节机构、集成封装的CCD、分光镜、准直透镜固定在俯仰调节机构上，所述的CCD的成像面位于准直透镜的焦平面上，所述的集成封装***通过导光光纤与光源相连，CCD通过数据线与计算机相连；带有二维调整架的反射镜和校正盘通过连接件刚性连接。光源发出的光通过导光光纤，经过分光镜、准直透镜后，经反射镜反射的光再经过透镜、分光镜后在CCD上成像，通过数据线将CCD采集到的数据传送给计算机。

所述的手动旋转台左侧与固定支架固定连接，右侧与俯仰调节机构固定连接，左右两部分可绕中心轴在垂直纸面的平面内旋转调节并固定。

所述的俯仰调节机构的下端设有旋钮，所述装置通过调节下端的旋钮来调节***的俯仰角度。

所述的带有二维调整架的反射镜的反射面镀膜，通过调节二维调整架下端的旋钮可以调整反射镜的空间姿态。

环形抛光的过程中，抛光盘总是自然地趋向于一个平面或球面，此时校正盘和反射镜与水平方向成一夹角α，光源发出的光经导光光纤、分光镜分光后，再经过准直透镜变为平行光束；该平行光束再经过有一定倾斜的反射镜反射后再次经所述的准直透镜、分光镜会聚后在CCD上，所成的像的位置发生改变输入所述的计算机，该计算机通过实时软件解算出角度的数值，并存储。

根据图2中的几何关系可知：工件的面形的PV值Δh、工件直径D、校正盘的倾角α以及校正盘的离心距e的关系为：

所述的计算机可实时检测出倾角α，从而实时检测出了抛光盘的表面面形。

实际加工过程中，由于外界各种干扰信号的存在，非常微小的角度信号会淹没在噪声信号之中，对计算机采集到的角度信号进行低通滤波处理后，提取出有效的角度变化信号，再结合具体的加工参数，可以解算出抛光盘表面面形信息。

本发明的技术效果如下：

1.本发明环形抛光机抛光沥青盘表面面形在线监控装置结构简单，测量结果精度高，大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了加工效率；

2.本发明测量装置和抛光盘表面无接触，对加工过程无干扰，测量口径为100mm的监控工件，其表面面形的测量精度小于0.1λ；

3.在线实时监测的结果经计算机处理后，能及时改变加工参数，使抛光盘表面面形稳定收敛于需要的面形。

附图说明

图1为本发明环形抛光机抛光沥青盘表面面形在线监控装置的结构示意图；

图2为环形抛光机抛光工件的剖面示意图；

图3为校正盘的水平倾角测量光路图；

图4为实时在线检测与离线检测对比结果；

图中，1为***固定支架，2为手动旋转台，3为俯仰调节机构，4为铰链，5为校正盘，6为CCD，7为分光镜，8为准直透镜，9为带有二维调整架的反射镜，10为校正盘与反射镜的连接件，11为大理石转台，12为导光光纤，13为光学元件，14为环形抛光沥青盘，15为计算机，16为光源。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参看图1，图1为本发明环形抛光机抛光沥青盘表面面形在线监控装置的结构示意图，由图可见，本发明抛光盘表面面形在线监控装置，该装置包括固定支架1、手动旋转台2、俯仰调节机构3、铰链4、校正盘5、CCD6、分光镜7、准直透镜8，所述的CCD6、分光镜7和准直透镜8集成封装后固定在所述的俯仰调节机构3上，所述的手动旋转台2的左侧与所述的固定支架1固定连接，右侧与所述的俯仰调节机构3固定连接，左右两侧可绕手动旋转台2的中心轴在垂直纸面的平面内旋转调节并锁定；所述的CCD6的成像面位于所述的准直透镜8的焦平面上，所述的集成封装***通过导光光纤12与光源16相连，所述的CCD6通过数据线与计算机15相连；带有二维调整架的反射镜9和校正盘5通过连接件10刚性连接，所述的反射镜9的反射面与所述的校正盘5的下表面平行，反射镜9的反射面镀膜，面形PV值小于0.1λ(λ＝632.8nm)，所述的光源16发出的光通过所述的导光光纤12，经过所述的分光镜7、准直透镜8后照射所述的反射镜9，经所述的反射镜9反射的光再经过透镜8、分光镜7后成像在所述的CCD6上。

使用时首先让机床处于停机状态，配合调整手动旋转台2、俯仰调节机构3和带有二维调整架的反射镜9，使所述的CCD6上出现清晰的十字叉丝的像。手动转动校正盘5，使十字叉丝的位置保持不变。参看图3，光源16发出的光经导光光纤12传输、分光镜7分光后，再经过准直透镜8变为平行光束；该平行光束再经过有一定倾斜的反射镜9反射后再经准直透镜8、分光镜7会聚在所述的CCD上所成的像的位置发生改变，输入计算机15，该计算机15通过实时软件解算出角度的数值，并存储。开启机床，调节所述的环形抛光沥青盘14和校正盘5的转速至合适的值。在计算机上依次设定基准面、连续采样时间间隔，此后让计算机进行数据的连续采集，计算机将采集到的实时数据经过程序处理后得到光学元件的面形的实时变化规律，参看图4(图中λ＝632.8nm)，为某次连续在线检测与离线时使用干涉仪检测的结果的对比图像。实验结果表明，本发明实现了沥青盘表面面形的在线检测，大大缩短了光学元件的加工周期。

Claims (2)

1.一种抛光盘表面面形在线监控的方法，采用抛光盘表面面形在线监控装置，该装置包括固定支架(1)、手动旋转台(2)、俯仰调节机构(3)、铰链(4)、校正盘(5)、CCD(6)、分光镜(7)、准直透镜(8)，所述的CCD(6)、分光镜(7)和准直透镜(8)集成封装后固定在所述的俯仰调节机构(3)上，所述的手动旋转台(2)的左侧与所述的固定支架(1)固定连接，右侧与所述的俯仰调节机构(3)固定连接，左右两侧可绕手动旋转台(2)中心轴在垂直纸面的平面内旋转调节并锁定；所述的CCD(6)的成像面位于所述的准直透镜(8)的焦平面上，所述的集成封装***通过导光光纤(12)与光源(16)相连，所述的CCD(6)通过数据线与计算机(15)相连；带有二维调整架的反射镜(9)和校正盘(5)通过连接件(10)刚性连接，所述的反射镜(9)的反射面与所述的校正盘(5)的下表面平行，反射镜(9)的反射面镀膜，面形PV值小于0.1λ，λ为波长，所述的光源(16)发出的光通过所述的导光光纤(12)，经过所述的分光镜(7)、准直透镜(8)后照射所述的反射镜(9)，经所述的反射镜(9)反射的光再经过准直透镜(8)、分光镜(7)后成像在所述的CCD(6)上；其特征在于该方法包括下列步骤：

1)让机床处于停机状态，配合调整手动旋转台(2)、俯仰调节机构(3)和带有二维调整架的反射镜(9)，使CCD(6)上出现清晰的十字叉丝的像；

2)手动转动校正盘(5)，使十字叉丝的位置保持不变；

3)测量出一组倾角和监控元件的实际面形，进行***校正，消除***误差；

4)设定监测参数，连续在线监测校正盘(5)的倾角，对实际采集的角度信号进行处理后解算出抛光盘表面的实际面形信息。

2.根据权利要求1所述的抛光盘表面面形在线监控的方法，其特征是所述的光源(16)为氦氖光源，波长λ为632.8nm。

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