锥椭球反光镜加工与检测原理与应用

    0　引言

    椭球冷反光镜广泛应用于电影放映机、各类仪器及照明灯具等。现代电影放映机对于银幕的亮度、照度均匀性以及色彩还原性等提出了越来越高的要求。除了放映镜头的成像性能外,在很大程度上取决于光源照明系统[1]。其中,反光镜头的加工质量起着决定性的作用,这就对椭球面的加工提出了更高的要求。

    椭球冷反光镜基底材料为硼硅玻璃等耐高温玻璃。基底压铸成形,为椭球的一部分。内表面精加工成椭球面,镀制精密光学冷反光干涉膜系,对可见光(冷光)高反射,红外光(热光)高透过。光源置于反光镜的第一焦点F1处,发出的光线经反射后,只有低温的可见光会聚在第二焦点F2处。

    一般情况下,数控系统没有二次曲线插补,有的只有直线和圆弧插补功能。如果进行椭圆加工,有两种方法,CAM软件编程和宏程序编程。两者相比,使用宏程序进行编程要比CAM软件自动编程加工更加快捷、灵活。文献[2-4]应用宏程序车削加工椭球面,不能用于硼硅玻璃锥椭球的加工。我们在本文中研究硼硅玻璃锥椭球的加工方法和设备,并给出了在FANUC0i系统上用宏程序B加工的通用程序。用循环实现椭圆曲线的直线段模拟,用变量实现一个程序加工多种反光镜,有效地提高了基底的加工效率和加工精度。用三坐标进行检测,与标准椭圆曲线进行比较,分析加工误差,确保加工质量。

    1　锥椭球反光镜原理

    椭圆有一些光学性质:椭圆的透镜(某些轴截面为椭圆)有汇聚光线的作用(也叫凸透镜),老花眼镜、放大镜和远视眼镜都是这种镜片。以椭圆的长轴为轴,把椭圆转动180°形成椭球面,中空,其内表面全部做成反射面。那么焦点F1射出的光线,全部反射到另一个焦点F2处。

    锥椭球反光镜是标准椭球反光镜的变形,它是将椭圆曲线的一半随轴线以第一焦点F1为支点偏转一个角度α,偏转后的椭圆曲线再绕原轴线旋转一周后形成的。如将点光源置于反光镜的第一焦点F1处,则在第二焦点F2处成一个圆形线。实际应用中,第二焦点F2处形成一个比标准椭球面反光镜照度更为均匀的光斑。光斑的大小由焦距(2c)和角度α决定。光斑半径 

    2　锥椭球加工

    20世纪90年代,传统零件编程语言中吸纳了高级计算机语言的基本特点。我们把新的程序设计语言命名为宏程序,此程序设计的特点与BASIC计算机语言类似。多年来,宏编程已经得到稳定的发展。宏编程完全改变了近些年CNC机床的程序设计方式,为此领域开辟了无数的可能性[5]:可以在编制程序过程中,用变量代替具体的数值,通过循环指令实现变量之间的运算;使用不同的函数关系,可以使程序适应多种场合需求,特别是轴截面为二次曲线的回转体;利用变量,可以用一个CNC程序加工同一类零件;还可以通过设置机床参数,定义一个新的固定循环(比如G100),只用一个指令就可以加工二次曲线回转体。