簡介
許多早期的FTS系統用於校正與工具機有關的各種誤差,諸如主軸徑向跳動或者寄生振動。具有很高解析度和穩定性的快速進刀機構的新的改進已滿足這些需要,並向新的套用領域提出挑戰。能加工的各種超精表面現在可能包括獨特的、非旋轉對稱光學組件,諸如校正次反射鏡、合成光學件、軸上車削離軸二次截面和廣義曲面等.
本文描述一種裝置用於擴展現有工具機加工遠離軸二次截面的能力。為了在旋轉軸上加工離軸光學件,FTS大致按一正弦方式移動切削刀具,每轉移進/出被加工光學平面兩次.當光學件足夠小適合於在工具機上加工時,這種方法極大地減低了所要求的工具機尺寸,但要求有一個大的擺動能力以加工它的母曲面。一個快速進刀伺服系統允許工具機加工到接近於所能加工工件的中心,因此提高加工表面的精度、重複性和光潔度。此外,這種加工機制避免了平衡固定的困難,當循環加工操作移動行程靠近兩端時,能降低對循環穩定性的要求。
在先進的光學系統中,為了提高系統性能並避免在反射式同心繫統中由遮蔽造成的衍射效應,正在大量增加傾斜和偏心光瞳在光學系統中的使用。結合自校正設計的這種系統,是很適合於用超精金剛石車床加工的。這種系統被廣泛地用於工業、科研和軍事系統中,包括攔截類光學系統、科學儀器、空載光學平台、分析儀器。
致動器描述
FTS系統致動器是美國北卡來羅納州立大學精密工程中心設計的,它是利用早期一具有很小行程的致動器改進而成的,是由欽錯酸鉛鹽材料製作的增強型壓電轉換器(PZT)堆構成的。其結構設計的顯著特徵是:使用一個高解析度/寬頻寬的閉合迴路電容反饋探測器、一個用於延伸行程長度的PZT堆和一個用於消除遲滯產生的熱的主動冷卻系統。撓性板使徑向有較高的強度,同時允許有軸向移動以滿足系統的要求。把一個帶有較短刀柄適配器的尖形金剛石刀固定在刀柄夾上,用於加工各種表面。
評價
MAC-100FTS系統的動態評估顯示,它比早先裝置的加工範圍和精度有顯著提高,證實該系統能用現有金剛石車床加工遠離軸反射鏡,對MAC-100的最佳化著重在以下兩個獨立方面:改進控制器增益和加補償模組,去減少控制器的非線性。兩者均顯著地提高系統性能。
改進控制器增益能使在8kHz採樣速率運轉條件下而形誤差減少51%。增加補償器能使全部行程範圍內面形誤差減少43%和使70um行程範圍內的面形誤差減少80%。然而,控制器會導致“較光滑”的誤差,而補償器會導致突變性的誤差,這在光學套用中是不允許的。
控制器參數研究表明:降低主軸轉速能改善反射鏡的P-V面形誤差,這是因為它給控制器增加了時間,用於校正反饋感測器探測出來的擾動和誤差。即使在很低的主軸速度情況下仍然會出現面形誤差,其值為主軸速度1000rpm切削時誤差的60%。然而,減低主軸速度在生產環境下可能是不希望的。
金剛石車削非球面反射鏡的面形誤差好於1umP-V。加上非線性補償和其它控制系統的幫助,面形精度能被進一步提高。這樣質量的反射鏡能直接用於紅外光學系統,加工後採用少量拋光可以提高表面光潔度,這種質量的反射鏡對可見光波長的許多套用將是很合適的。
