基于高精度非球面测量的数据采集与处理系统研究

　　随着非球面镜的使用日益广泛,其加工技术和检测技术成了亟待解决的问题.根据加工精度的不同,传统的测量方法有:接触式三坐标测量法和非接触式光学干涉法等.接触式测量,触点可能破坏已加工工件的表面质量;光学干涉法测量要求光源要有很好的时间?空间相干性和较高的测量环境,量程相对较小,不宜用于现场的在线检测[1].

　　现有的非球面工件加工一般有以下几种方法:单晶金刚石切削法,砂轮横向磨削法,平行磨削法,斜轴磨削法和自由曲面加工法.由于加工设备和工具的刚度?精度问题及加工方法的不同,选择任何一种加工方式,实际加工的表面形状与理论计算的轨迹之间都存在加工误差.因此,要想提高非球面工件的加工精度,除了选择高精度、高刚度的加工设备外,还须根据加工原理对其实行软件误差补偿.利用误差补偿程序进行数次反复的补偿加工,接近目标要求精度是高精度非球面加工系统所追求的目标[2].

　　本文将根据非球面补偿加工的要求,提出一种基于高精度非接触式激光传感器的测量方案,实现了简便、快速的在线检测功能.

　　1 测量系统概述

　　1.1 测量系统原理

　　在非球面加工中,由于砂轮的形状精度、尺寸精度及机床误差的影响,实际加工无法完全按理想曲线加工,必须进行补偿加工.图1所示为非球面工件表面误差曲线.传感器测出初始加工后工件曲面与理想曲面的误差,并根据实测数据拟合出补偿误差曲线,而后生成补偿加工所需的误差数据,送入补偿加工系统生成NC程序,进行数次反复的补偿加工,达到目标精度.

　　1.2 测量系统硬件

　　测量系统硬件配置如图2所示.系统采用高精度激光位移传感器来测量非球面工件的z轴误差,其测量范围为(30±2)mm;采用16位数据采集模块,是集采样、保持、A/D转换于一体的采集卡,采样数据的A/D转换时间为8.5μ_s;采用基于8254芯片的脉冲计数板接受来自加工机床的脉冲信号,以确定工件的x轴位置.

　　2 数据采集方案

　　2.1 数据采集

　　激光传感器固定在非球面加工中心砂轮的外周上(称之为检测臂),工件固定在机床主轴上.将工件分成几个测量截面,调整主轴到测量的截面,测得非球面不同截面上的数据,并根据测量数据拟合出整个非球面的表面.检测时,为保证数据采集不发生漏采、误采、重复采,x轴驱动脉冲同时输送到脉冲计数卡.

　　数据采集程序流程如下:

　　1)启动计数器;

　　2)判断采样触发信号是否有效,若有效则读取传感器数值;

　　3)显示当前采样值并画出波形图;