[发明专利]非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法

权利要求书

1.非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据机床三维结构模型，仿真分析机床在磨削力作用下，X轴、Y轴导轨在垂直方向Z轴上的变形，获取仿真导轨受力变形函数；

获取非球面超精密磨削机床的实测导轨形状误差；

将仿真导轨受力变形函数与实测导轨形状误差叠加，根据加工工况下机床导轨形状误差在机械坐标系内的分布，获取加工工况下的机床导轨形状误差分布函数；

根据非球面方程，获取非球面光学元件表面各点坐标，结合非球面平行磨削砂轮运动控制点坐标传递函数模型，获取磨削过程中砂轮运动控制点阵坐标；

非球面方程的表达式为：

式中，C为顶点曲率、k为圆锥系数、α_i为高次项系数；x、y为非球面光学元件表面点的横纵坐标，在非球面光学元件顶点处的x和y均为0；

非球面平行磨削砂轮运动控制点坐标传递函数模型为：

式中，R_a为非球面磨削砂轮的圆弧半径，R_w为非球面磨削砂轮的基础半径；

叠加导轨形状误差，得到具有误差修正的砂轮运动控制点阵坐标；

按照修正后的砂轮运动控制点坐标形成的加工轨迹进行磨削加工，实现导轨形状误差的确定性控制。

2.根据权利要求1所述的非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法，其特征在于，获取仿真导轨受力变形函数的具体内容包括：

仿真在任一磨削力F作用下，磨削力作用点在X轴和Y轴不同位置时，X轴导轨和Y轴导轨的最大变形函数Fα(x)和Fβ(y)；

其中，(x,y)为磨削力作用点坐标，α(x)为在X轴导轨机械坐标为x的位置处施加法向力作用时，机床X轴在垂直方向即Z轴方向的变形函数，α(x)与力的大小F的乘积为变形值；β(y)为在Y轴导轨机械坐标为y的位置处施加法向力作用时，机床Y轴在垂直方向的变形函数，β(y)与力的大小F的乘积为变形值。

3.根据权利要求1所述的非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法，其特征在于，利用高精度光学平尺进行实际测量，获取实测导轨形状误差，具体内容包括：

将高精度光学平尺沿导轨方向平放在机床工作台上，光学表面朝上；

将非接触位移传感器固定安装于光学平尺上方，并使测量光点位于平尺的光学表面上，调节非接触位移传感器相对于平尺的距离在传感器的测量范围内；

匀速来回移动工作台，非接触位移传感器在光学平尺表面来回扫描，分别测量得到X轴和Y轴在测量区间内的导轨形状误差；

采用求取平均值的方法，获得测量区间内，导轨沿不同方向运动时的平均导轨形状误差，作为实测导轨形状误差。

4.根据权利要求3所述的非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法，其特征在于，针对大口径非球面光学元件，对被测导轨进行分段测量，记录测量区间在机床机械坐标系的位置和当前区间内的导轨形状误差，并进行数据拼接，最终得到导轨全行程的实测导轨形状误差；

其中，相邻两段测量区间具有重叠区域，重叠区域的长度为测量区间长度的1/5～1/4。

5.根据权利要求1所述的非球面光学元件加工机床导轨形状误差的确定性补偿方法，其特征在于，加工工况下的机床导轨形状误差分布函数为：

E(x,y)＝Fα(x)+e_x(x)+Fβ(y)+e_y(y)

其中，F为磨削力，Fα(x)和Fβ(y)分别为X轴导轨和Y轴导轨的最大变形函数，e_x(x)和e_y(y)分别为X轴导轨和Y轴导轨在Z轴方向的实测导轨形状误差。