计算机控制光学非球面的抛光

　　1引言

　　随着科学技术的发展，对光学系统提出了一些新的要求。由于光学非球面对改善像质和减小外形尺寸和重量都有显著作用，因此，非球面的制作越来越受到重视。

　　目前，高精度光学非球面的制作主要采用古典法研磨抛光，长期以来，这种方法是依赖技术很高的人员通过反复修抛和不断检测而完成的，加工周期长，重复精度不高。

　　计算机控制光学非球面制作，就是用比零件小得多的抛光模，在一定的压力下，通过计算机模拟计算，得出小抛光模在零件表面上的移动轨迹及轨迹上的驻留时间，计算机控制抛光模运动，经过一个或几个加工周期后，实现零件表面材料的去除。计算机的使用，大大提高了整个工艺过程的效率，对工人的技术熟练程度的要求也大大降低。

　　目前，国外在这一领域有比较大的突破，如德国的Zeiss，美国的Perkin一Elmer公司，据文献报道，都已用计算机控制的方法生产出精度较高的非球面。而我国在这一领域还正处于探索阶段。

　　2计算机控制光学非球面抛光原理

　　迄今为止，描述光学表面抛光最成功的模型是Preston方程:

　　再应用下述三个假设:

　　(1)材料的去除仅仅是由抛光模的作用引起的。不需要知道材料是如何去除的机理，而只需知道单位时间内停留在某一地方的抛光模去除的材料量。

　　(2)材料的去除只与抛光模自身的转动有关，而与抛光模的移动无关。也就是说，抛光模的移动速度比它的转速小得多。

　　(3)抛光压力保持不变。

　　可推导出：

　　由此可知，材料的去除是驻留函数与去除函数的卷积。

　　3抛光头的结构设计

　　下图为研制的抛光头的传动系统原理图

它是一个行星轮系，Z1为中心齿轮，与抛光模主轴相连，Z3是内齿轮，固定不动，Z2为行星轮，与抛光模相连，并带动抛光模作行星运动。

　　各齿轮的转速范围:

　　4抛光模理论去除特性曲线的推导

　　由于抛光模做行星运动，其运动速度合成示意图为

　　由Preston方程可知，在压u}力和工艺条件不变的情况下，抛光模的去除速度与抛光模的运动速度成正比，如果能知道速度的变化规律，则去除速率(即去除函数)的变化规律也就知道了。通过推导，可得:

　　将数据输入计算机可绘出共三维抛光模去除特性曲线，如图3所示。

　　从对应的不同参数的理论去除特性曲线的形状，并得到以下几个结论: