基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法
【專利摘要】本發明屬于現代光學測量與制造【技術領域】，具體為一種基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法。具體步驟包括：（1）根據工件的擺放位置坐標、待測曲面的方程和動態干涉儀在不同測量距離所對應的測量孔徑尺寸，利用軟件分析出動態干涉儀所需測量的孔徑的數目、尺寸、位置及運動路徑；（2）拋光組件或干涉儀按照設定的測量路徑對待測曲面逐個進行子孔徑的測量與加工，用測量的面形數據來實時確定在測量子孔徑內的滯留時間和磨頭的運動軌跡的設定；（3）對測量孔徑范圍內的面形沖洗吹干后，工業機器人對工件拋光/研磨；本發明方法所用系統造價低廉，通用性與實用性好，可實現對多種面形的動態在線測量與加工，拋光精度和拋光后面型符合度高。
【專利說明】基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于現代光學測量與制造【技術領域】，具體涉及一種基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法。
【背景技術】
[0002]在光學系統中應用非球面或自由曲面的光學元件，能夠有效地矯正像差，改善像質，并降低光學系統的冗余度和復雜度。因此，這類光學元件被廣泛應用于天文觀測、空間光學、遙感觀測和高功率激光系統等領域。
[0003]2008年，Andreas Kelm等人應用ABB IRB4400型工業機器人實現了對非球面的拋光。機器人的靈活性、可控性和大尺度特點使得它成為了復雜光學元件拋光的首選拋光技術。但是，光學自由曲面的拋光比平面和球面要困難得多，尤其是大口徑高陡度非球面的拋光是當今國內外研究的焦點和難點。在拋光過程中，磨頭運動摩擦會引起周圍面型的變化，同時磨頭運動產生的除去材料對周圍面型打磨有影響，導致拋光精度和拋光后面型符合度低，因此急需要現有的打磨系統能夠實現實時信息反饋的功能。
[0004]激光動態干涉技術運用到機器人拋光系統中能夠很好的解決上述問題，并為非球面甚至自由面的實時反饋拋光提供解決方案。國內外已有很多科研機構和公司從事動態干涉技術的研究工作，并且已經將激光動態干涉應用于在線測量，其測量精度可達納米量級。國內很多的研究機構，如中國科學院光電技術研究所、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所開展了很多研究并申請了相關專利。目前美國4D technology公司不僅在動態干涉技術方面有專利而且已經有產品。
[0005]復旦大學專利:“基于智能數控平臺的銑磨拋光裝置，申請號201010506393”和“基于智能數控平臺的子孔徑拼接激光干涉在線測量方法及系統，申請號201310179320”，將瞬態干涉技術融入到智能數控系統中，體現光學制造的在線檢測是現代光學制造的趨勢，進一步實現了光學測量的實時性和原位性。

【發明內容】

[0006]為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法。該方法能夠實時的對要拋光的工件表面進行在線原位檢測，并根據檢測的結果來實時地指導和控制工業機器人打磨工具拋光頭的停留時間及其在工件表面走跡的變化。其借助于機器人強大的三維空間運動能力，不僅能實現對大口徑的平面鏡、球面鏡、高陡度的非球面鏡的高精度拋光，還能實現對自由曲面的高精度拋光。
[0007]本發明選用小型激光動態干涉儀，能夠避免測量過程中由機械部件的振動或者環境的波動帶來的測量誤差，同時能夠對即將需要打磨/拋光的重點區域進行一個實時的測量。
[0008]本發明所采用的技術方案具體描述如下。
[0009]本發明提供一種基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法，其采用的系統中包括工業機器人及其驅動控制系統，工件平臺，拋光組件，拋光液注入/沖洗/吹干系統，動態干涉儀，數據采集/分析系統和人機交互界面；所述的工業機器人具有六個軸，通過其驅動控制系統可以精確的控制其在空間的位姿，數據分析系統與所述的干涉儀相連接，可對動態干涉儀測量得到的各孔徑內工件表面面形的干涉條紋進行分析處理和顯示；所述的動態干涉儀以相同的基準放置于拋光組件前端，從而可通過控制工業機器人在空間的位姿，完成對加工工件的原位在線檢測與實時加工。其具體方法如下:
(1)根據工件在工件臺上的擺放位置坐標、待測曲面的方程和動態干涉儀在不同測量距離所對應的測量孔徑尺寸，利用軟件分析出對曲面進行拋光/研磨時，動態干涉儀所需要測量的孔徑的數目、尺寸、位置以及運動路徑；
(2)工業機器人的驅動與控制系統控制拋光組件或干涉儀按照根據上述軟件分析結果設定的測量路徑對待測曲面逐個進行子孔徑的測量與加工，并用測量的面形數據實時確定在測量子孔徑內的滯留時間和磨頭的運動軌跡；
(3)在利用拋光液注入/沖洗/吹干系統對測量孔徑范圍內的面形沖洗吹干后，工業機器人根據動態干涉儀實時反饋給工業機器人的驅動控制系統打磨/拋光頭在測量孔徑內所需滯留時間和運動軌跡，以及工件臺需配合的移動或旋轉，再對測量孔徑范圍內的工件表面進行拋光/研磨；
(4)當走完上述完整的運動路徑后，即完成了一次對整個工件表面的拋光/
研磨，數據采集/分析系統。
[0010]本發明與現有工業機器人研磨/拋光技術相比，具有明顯的優點:
1)與基于智能數控平臺的銑磨拋光裝置共用一套機器人系統，將干涉儀以相同
的安裝基準安裝于銑磨拋光裝置前端與其一起聯動，無需卸除銑磨拋光裝置，極大的減少了設備因為來回更換所引入的偏移誤差；
2)利用技術成熟的工業機器人作為移動和調節的裝置，不僅能方便的實現在 線、原位測量，而且能加工提供實時在線的原位檢測數據；
3)由于可以實現原位在線實時測量和實時加工，因此工件在被測時無須從工件
臺卸上卸下，避免了工件重新定位和裝夾引入新的加工誤差，保證檢測與加工的一致性，可以節省時間并提高加工精度；
4)該方法中所用的是動態干涉儀，能避免工業機器人手臂的振動、工件臺的振動和空氣擾動對測量精度的影響，從而極大的提高了需要加工的孔徑內的測量精度；
5)采用測量數據與加工工藝數據之間的實時動態交互，能夠極大程度減小了打磨去除物堆積對打磨精度的影響，并且對前一次子孔徑打磨邊緣不規則性通過實時檢測進行實時修正。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為整個實時研磨拋光系統的工作流程圖。
[0012]圖2為整個實時研磨拋光系統的組成模塊圖。
[0013]圖3為光學平面元件測量/加工路徑規劃示意圖。
【具體實施方式】[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。
[0015]本實施例中利用基于動態儀的實時研磨拋光系統，進行拋光的具體流程(圖1)如下:
1.如圖2所示，將動態干涉儀安裝在拋光組件的前端，并且與拋光組件捆綁在一起，安裝時確保拋光組件與動態干涉儀水平度一致。
[0016]2.將待測表面的幾何參數，如面形方程、有效口徑、離軸量等輸入到分析程序 系統中，分析出完成一次完整的研磨/拋光所需測量/加工的孔徑的數目、相對位
置、與尺寸大小和孔徑分布情況，然后根據孔徑的分布制定出動態干涉儀測量所需移動的運動路徑方案。以平面光學元件的拋光和研磨為例:根據元件的尺寸、面型方程，分析出合適的測量孔徑大小R、比鄰間隔尺寸a及其數目和移動路徑，如圖3所示，其中，測量與加工按照圖中標識出的實線行走。
[0017]3.根據實際拋光液沖洗、吹干以及動態干涉儀單次測量所需的時間來確定出每 次完成一次測量孔徑內的拋光后所需的停留時間。
[0018]4.根據預計移動路徑、每次拋光后的停留時間等編譯控制系統程序，控制動態 干涉儀測量，再實時根據動態干涉儀采集到的數據分析出在測量孔徑內的打磨工具的
拋光頭需要運作的數據，如滯留時間、運動形式等，以及工件臺需配合的移動或旋轉；然后將上述數據反饋到控制軟件來控制工業機器人和工件臺來完成對單次測量孔徑內的打磨拋光。完成一次測量孔徑范圍內的打磨和拋光后需要對工件的表面進行沖洗和吹干，以保證接下來用動態干涉儀進行在線原位檢測的數據的精準度。
【權利要求】
1.一種基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法，其特征在于:其采用包括工業機器人及其驅動控制系統，工件平臺，拋光組件，拋光液注入/沖洗/吹干系統，動態干涉儀，數據采集/分析系統和人機交互界面的裝置進行實時研磨拋光；其中所述的工業機器人具有六個軸，通過其驅動控制系統控制其在空間的位姿；所述的動態干涉儀放置于拋光組件前端，所述數據采集/分析系統與所述的干涉儀相連接；具體步驟如下: (1)根據工件在工件臺上的擺放位置坐標、待測曲面的方程和動態干涉儀在不同測量距離所對應的測量孔徑尺寸，利用軟件分析出對曲面進行拋光/研磨時，動態干涉儀所需要測量的孔徑的數目、尺寸、位置以及運動路徑； (2)工業機器人的驅動與控制系統控制拋光組件或干涉儀按照根據上述軟件分析結果設定的測量路徑對待測曲面逐個進行子孔徑的測量與加工，并用測量的面形數據實時確定在測量子孔徑內的滯留時間和磨頭的運動軌跡； (3)在利用拋光液注入/沖洗/吹干系統對測量孔徑范圍內的面形沖洗吹干后，工業機器人根據動態干涉儀實時反饋給工業機器人的驅動控制系統打磨/拋光頭在測量孔徑內所需滯留時間和運動軌跡，以及工件臺需配合的移動或旋轉，再對測量孔徑范圍內的工件表面進行拋光/研磨； (4 )當走完上述完整的運動路徑后，即完成了 一次對整個工件表面的拋光/研磨，數據采集/分析系統。
2.如權利要求1所述的基于動態干涉儀的實時研磨拋光方法，其特征在于:工業機器人每次完成孔徑加工后，對加工區域進行沖洗和吹干處理。
【文檔編號】B24B49/04GK103862373SQ201410062878
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】何曉穎, 徐敏 申請人:復旦大學