CN103341806B - 一种加工弯月型薄镜镜面的柔性支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种加工弯月型薄镜镜面的柔性支撑系统，含有面形检测装置、待加工反射镜、力传感器、柔性支撑、气压驱动器、气压控制器、气泵、计算机及能动磨盘；面形检测装置位于待加工反射镜上方；每个气压控制器的输入端分别与气泵连接，每两个气压控制器的输出端分别与每个气压驱动器连接；计算机与气泵连接；每个气压驱动器与气泵连接；柔性支撑位于力传感器下面和气压驱动器上方；力传感器的上部与待加工反射镜的底部固定连接；能动磨盘位于待加工反射镜的表面；计算机分别连接面形检测装置、各气压控制器和力传感器相连，随着的进行力传感器实时将加工过程数据传回计算机与气压驱动支撑装置结合成闭环控制。
Description
技术领域
本发明属于先进光学制造领域，涉及一种光学加工支撑系统，特别大口径弯月型薄镜镜面精密加工中柔性支撑系统。
背景技术
而随着现代光学制造产业的迅猛发展大口径反射镜制造技术朝着口径越来越大，镜子厚度越来越薄，面形精度越来越高的方向发展。传统的大口径反射镜加工支撑系统为固定位移的支撑方式，仅对镜面产生固定作用，属于被动式支撑系统。由于被动支撑系统和能动磨盘的结构导致这种支撑系统仅能对旋转对称的面形残差有较好的去除量，而对于加工非旋转对称的残差面形加工效果不佳。
传统支撑系统中采用柔性支撑方式，有效地减少了能动磨盘对主镜的压应力和支撑点应力突变情况，然而仍无法优化加工非旋转对称残差问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为有效的弥补传统加工中支撑系统对加工非对称残差问题的不足，提供一种配合大口径反射镜加工中使用的底部支撑系统；使加工非对称残差面形更加方便和有效，面形更加平滑，减少高频项。
为了实现上述目的，本发明提供一种加工弯月型薄镜镜面的柔性支撑系统，该系统的技术方案含有面形检测装置、待加工反射镜、多个力传感器、多个柔性支撑、多个气压驱动器、多个气压控制器、气泵、计算机及能动磨盘；其中：
面形检测装置位于待加工反射镜上方，用于检测对待加工反射镜的面形，获取待加工反射镜的面形数据；
每个气压控制器的输入端分别与气泵连接，每两个气压控制器的输出端分别与对应的一个气压驱动器连接；
气泵产生稳定压强的气源；气泵为整个系统提供高压气体；气泵产生的高压气体通过气压控制器传输到气压驱动器中；
计算机与气压控制器连接，计算机发出的数字控制信号对气压控制器输出不同大小的气压压强进行调整控制，计算机生成并输出气压压强控制信号；
每个气压驱动器与气压控制器连接，将气压压强控制信号生成并输出不同大小支撑力数据；
柔性支撑位于力传感器下面和气压驱动器上方；力传感器的上部与待加工反射镜的底部固定连接，力传感器用于支撑待加工反射镜，气压驱动器向柔性支撑施加支撑力，通过柔性支撑将支撑力经过力传感器传递到待加工反射镜底部；
能动磨盘位于待加工反射镜的表面，能动磨盘用于对待加工反射镜上表面进行研磨或抛光处理；
计算机分别连接面形检测装置、各气压控制器和力传感器，接收带有面形数据的数字面形信号和监测到支撑力的数字力传感信号；输出控制气压控制器的数字气压控制信号；计算机分析计算能动磨盘在不同位置时的镜面面形的变化，根据所需的面形变化求解出各气压驱动器不同大小的支撑力，再将支撑力转换为数字信号输入到气压控制器，随着加工的进行力传感器实时将受力数据传回计算机与气压驱动支撑装置结合成闭环控制，保证输出力的稳定性和准确性；根据能动磨盘工作期间位置的不断变化，柔性支撑系统也实时调整镜面面形，达到柔性支撑配合能动磨盘加工大口径反射镜面形的目的；计算机中的分析计算单元对面形检测装置得到的面形数据进行分析求解，得到配合能动磨盘加工时最佳的面形实时变形方案；再计算出所需要调节的气压值，对气压控制器进行控制。
本发明的有益效果：本发明通过对待加工面形进行分析得到所需的镜面面形变化，对支撑系统进行实时控制使镜面达到所需面形。本发明避免了传统加工支撑系统无法改变支撑结构的被动支撑方式，增加了气压驱动器。减小了加工难度，缩短了加工周期。
附图说明
图1为本发明中大口径反射镜底部支撑系统示意图。
图2为本发明整个数据处理的流程图。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参考附图，对本发明进一步详细说明。
本发明是一种加工弯月型薄镜镜面的柔性支撑系统，由力传感器、气压驱动器、气泵及气压控制器构成气压驱动支撑装置；应用面形检测装置对待加工弯月型薄镜的面形进行检测，将得到的面形数据传入计算机中；计算机分析计算能动磨盘在不同位置时所需的镜面面形变化。根据所需的面形变化求解出各气压驱动器支撑力大小。再将支撑力转换为数字信号输入到气压控制器；气压控制器调整输出压强控制气压驱动器的输出力；气压驱动器施加支撑力到柔性支撑，再经过力传感器传递到待加工反射镜底部；根据能动磨盘工作期间位置的不断变化，支撑系统也实时调整镜面面形。达到底部支撑系统配合能动磨盘加工大口径弯月型薄镜面形的目的。整个支撑系统可以实时控制待加工薄型镜面面形，配合能动磨盘加工大口径镜面面形。该系统有利于加工局部残差。
图1为大口径反射镜底部支撑系统示意图，所述大口径反射镜是弯月型薄镜镜面，含有面形检测装置1、待加工反射镜2、多个力传感器3、多个柔性支撑4、多个气压驱动器5、多个气压控制器6、气泵7、计算机8及能动磨盘9；其中：面形检测装置1位于待加工反射镜2上方，用于检测对待加工反射镜2的面形，获取待加工反射镜2的面形数据；每个气压控制器6的输入端分别与气泵7连接，每两个气压控制器6的输出端分别与对应的一个气压驱动器5连接；气泵7产生稳定压强的气源；气泵7为整个系统提供高压气体；气泵7产生的高压气体通过气压控制器6传输到气压驱动器5中；计算机8与与气压控制器6连接，计算机8发出的数字控制信号对气压控制器6输出不同大小的气压压强进行调整控制，计算机8生成并输出气压压强控制信号；每个气压驱动器5与气压控制器6连接，将气压压强控制信号生成并输出不同大小支撑力数据；柔性支撑4位于力传感器3下面和气压驱动器5上方；力传感器3的上部与待加工反射镜2的底部固定连接，力传感器3用于支撑待加工反射镜2，气压驱动器5向柔性支撑4施加支撑力，通过柔性支撑4将支撑力经过力传感器3传递到待加工反射镜2底部；能动磨盘9位于待加工反射镜2的表面，能动磨盘9用于对待加工反射镜2上表面进行研磨或抛光处理；计算机8分别连接面形检测装置1、各气压控制器6和力传感器3，接收带有面形数据的数字面形信号和监测到支撑力的数字力传感信号；输出控制气压控制器6的数字气压控制信号；计算机8分析计算能动磨盘9在不同位置时的镜面面形的变化，根据所需的面形变化求解出各气压驱动器5不同大小的支撑力，再将支撑力转换为数字信号输入到气压控制器6，随着加工的进行力传感器3实时将受力数据传回计算机8与气压驱动支撑装置结合成闭环控制，保证输出力的稳定性和准确性；根据能动磨盘9工作期间位置的不断变化，柔性支撑系统也实时调整镜面面形，达到柔性支撑4配合能动磨盘9加工大口径反射镜面形的目的；计算机8中的分析计算单元对面形检测装置1得到的面形数据进行分析求解，得到配合能动磨盘9加工时最佳的面形实时变形方案；再计算出所需要调节的气压值，对气压控制器6进行控制。气压控制信号和传感器传输信号均采用数字信号。用以降低噪声影响。待加工面形通过计算分析得到随着能动磨盘9不同位置响应的底部支撑力分布方案。
其中，所述面形检测装置1在研磨阶段检测面形可以使用三坐标仪或激光跟踪仪进行替代，或抛光阶段检测面形使用干涉仪。其中，待加工反射镜2为待加工弯月型薄镜，待加工弯月型薄镜满足研磨或抛光要求。其中，力传感器3满足最大量程±500N要求、快速响应频率达到10Hz以上要求和精度要求1‰。其中，在计算机8与气压控制器6之间采用数字信号传输，气压控制器6的输出满足精度1‰、灵敏度10Hz的要求。其中，气压驱动器5、柔性支撑4、力传感器3之间为粘接固定。其中，力传感器3和待加工弯月型薄镜底部是粘接固定。其中，气压驱动器5不仅能施加竖直向上的推力还能施加竖直向下的拉力。
气压驱动器5要求可以提供伸缩500N的力，输出精度在1‰以内。选取市场上供应的产品D-04-F-BP-CFM型号气缸。气压控制器6选取市场上供应的产品T3000气压控制器。气泵7产生大于600psig高压强气体通过气压控制器6传输到气压驱动器5中；计算机8配置要求：系统：Intel Pentium processor or equivalent
Windows 2000Professional，Windows ME，Windows 98，Windows95，Windows XP，
or Windows NT。Workstation 4.0
32MB RAM，20MB free disk space
CD-ROM drive
RS-485 Communications Port(or RS-232 and USB via converters)。
计算机8对气压控制器6发出信号；气压控制器6根据接收的信号控制传入气压驱动器5中的气压压强大小；力传感器3精度在0.5N以内均可。面形检测装置采用4英寸相移干涉仪。
力传感器3为37个力传感器，柔性支撑4为37个柔性支撑，气压驱动器5为37个气压驱动器5，气压控制器6为74个气压控制器6。
待加工反射镜2的镜面信息通过面形检测装置1采集到计算机8中，计算机8对面形数据进行分析制定一套镜面变形方案。该方案根据能动磨盘9的三维坐标对镜面变形，使镜面配合能动磨盘9的三维坐标变换面形。计算机8结合当前能动磨盘9的三维坐标计算出所需镜面变形。再通过计算机8中数值计算单元计算出该变形下各气压驱动器5所需要的支撑力。各支撑力通过气压驱动支撑装置精确传递到各支撑点处。同时力传感器3将实际受力传回计算机8中，对气压驱动支撑装置进行闭环控制。能动磨盘9坐标实时输入计算机8中。根据变形方案当能动磨盘在不同坐标时，柔性支撑4对待加工反射镜的镜面形实时变形。达到配合能动磨盘9工作的目的。
柔性支撑4位于力传感器3下方，气压驱动器5上方。气泵7产生高压气源。通过传输管输出到两个气压控制器6中。气压控制器6根据计算机8输入信号控制压强，使气压驱动器5产生支撑力。支撑力经过柔性支撑4传递到力传感器3上。力传感器3将检测到的力信号输出回计算机8中与气压控制器6形成力闭环控制。
图2为整个数据处理的流程图。流程步骤如下：
步骤S1：面形检测装置1对待加工反射镜2的镜面的面形进行检测，得到面形数据。
步骤S2：计算机8将面形数据分解成能动磨盘9在不同三维坐标时所需的镜面面形。将镜面面形储存在计算机8中，x、y、z分别为能动磨盘9的三维坐标值。
步骤S3：加工过程中，能动磨盘9将实时的三维坐标输入计算机8中，计算机8根据能动磨盘9的实时三维坐标调取所需的镜面面形。通过计算机8中的数值计算单元计算出为达到镜面面形，各气压驱动器5所需施加的力变化。对每个气压控制器6发送控制信号λ，i、j、k分别为实时的三维坐标点。
步骤S4：气压控制器6对压力进行控制输出P。
步骤S5：气压驱动器5产生的支撑力通过柔性支撑4和力传感器3传递到待加工反射镜2底部。
步骤S6：力传感器3中数据传输到计算机8中，判断是否达到实时补偿力的控制精度。如果没有达到控制精度，返回步骤S3，进行力闭环控制。如果满足控制精度继续下一步骤。
步骤S7：能动磨盘9三维坐标传输到计算机8中，判断是否需要改变面形。如果不需要，返回步骤S3，继续力闭环控制。如果需要改变面形，返回步骤S2，调取变形方案，进行变形操作。
上面描述是用于实现本发明及其实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。
Claims (8)
1.一种加工弯月型薄镜镜面的柔性支撑系统，其特征在于，含有面形检测装置(1)、待加工反射镜(2)、多个力传感器(3)、多个柔性支撑(4)、多个气压驱动器(5)、多个气压控制器(6)、气泵(7)、计算机(8)及能动磨盘(9)；其中：
面形检测装置(1)位于待加工反射镜(2)上方，用于检测对待加工反射镜(2)的面形，获取待加工反射镜(2)的面形数据；
每个气压控制器(6)的输入端分别与气泵(7)连接，每两个气压控制器(6)的输出端分别与对应的一个气压驱动器(5)连接；
气泵(7)产生稳定压强的气源；气泵(7)为整个系统提供高压气体；气泵(7)产生的高压气体通过气压控制器(6)传输到气压驱动器(5)中；
计算机(8)与气压控制器(6)连接，计算机(8)发出的数字控制信号对气压控制器(6)输出不同大小的气压压强进行调整控制，计算机(8)生成并输出气压压强控制信号；
每个气压驱动器(5)与气压控制器(6)连接，将气压压强控制信号生成并输出不同大小支撑力数据；
柔性支撑(4)位于力传感器(3)下面和气压驱动器(5)上方；力传感器(3)的上部与待加工反射镜(2)的底部固定连接，力传感器(3)用于支撑待加工反射镜(2)，气压驱动器(5)向柔性支撑(4)施加支撑力，通过柔性支撑(4)将支撑力经过力传感器(3)传递到待加工反射镜(2)底部；
能动磨盘(9)位于待加工反射镜(2)的表面，能动磨盘(9)用于对待加工反射镜(2)上表面进行研磨或抛光处理；
计算机(8)分别连接面形检测装置(1)、各气压控制器(6)和力传感器(3)，接收带有面形数据的数字面形信号和监测到支撑力的数字力传感信号，输出控制气压控制器(6)的数字气压控制信号；计算机(8)分析计算能动磨盘(9)在不同位置时的镜面面形的变化， 根据所需的面形变化求解出各气压驱动器(5)不同大小的支撑力，再将支撑力转换为数字信号输入到气压控制器(6)，随着加工的进行力传感器(3)实时将受力数据传回计算机(8)与气压驱动支撑装置结合成闭环控制，保证输出力的稳定性和准确性；根据能动磨盘(9)工作期间位置的不断变化，柔性支撑系统也实时调整镜面面形，达到柔性支撑系统配合能动磨盘(9)加工大口径反射镜面形的目的；计算机(8)中的分析计算单元对面形检测装置(1)得到的面形数据进行分析求解，得到配合能动磨盘(9)加工时最佳的面形实时变形方案；再计算出所需要调节的气压值，对气压控制器(6)进行控制。
2.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：所述面形检测装置(1)在研磨阶段检测面形可以使用三坐标仪或激光跟踪仪进行替代，或抛光阶段检测面形使用干涉仪。
3.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：待加工反射镜(2)为待加工弯月型薄镜，待加工弯月型薄镜满足研磨或抛光要求。
4.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：力传感器(3)满足最大量程±500N要求、快速响应频率达到10Hz以上要求和精度要求1‰。
5.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：在计算机(8)与气压控制器(6)之间采用数字信号传输，气压控制器(6)的输出满足精度1‰、灵敏度10Hz的要求。
6.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：气压驱动器(5)、柔性支撑(4)、力传感器(3)之间为粘接固定。
7.根据权利要求3所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：力传感器(3)和待加工弯月型薄镜底部是粘接固定。
8.根据权利要求1所述加工弯月型薄镜镜面柔性支撑系统，其特征在于：气压驱动器(5)不仅能施加竖直向上的推力还能施加竖直向下的拉力。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150729 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |