[發明專利]一種四軸聯動的氣囊拋光運動控制方法

有效

• 申請號: 201310041681.1
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103100975A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 王振忠;謝銀輝;潘日;郭隱彪;王詹帥
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B24B51/00
• 分類號: B24B51/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種氣囊拋光，尤其涉及針對各種光學元件氣囊拋光的一種四軸聯動的氣囊拋光運動控制方法。

背景技術

氣囊拋光技術作為近幾年發展迅速的拋光方法，已被廣泛應用于光學元件的拋光。氣囊拋光采用充氣球形柔性氣囊作為拋光工具或氣囊外表面粘貼拋光墊作為拋光工具對曲面進行拋光，不僅可以保證拋光頭與被拋光工件表面吻合性好，而且可以通過調節壓力控制拋光效率和被拋光工件的表面質量。

目前，氣囊拋光運動控制主要以五軸聯動為主，即通過數控系統的3個進給軸及2個進動軸聯動實現對光學元件的高精拋光。（參見文獻：1、LiJ?F,Wang?X?H,Fe?i?R?Y,e?t?a.l?Performance?analysis?and?kinematics?design?of?pure?translational?parallel?mechanism?with?vertical?guideways[J].Chinese?Journal?of?Mechanical?Engineering,2006,19(2):300-306；2、李研彪等，一種新型正交5-DOF并聯氣囊拋光機床的運動傳遞性能分析[J].機械傳動，2010,34（2）：14-16）然而，由于國外發達國家對我國實施的技術封鎖，使得高端五軸聯動數控系統的購買較為困難；另外，采用五軸聯動方式加工光學元件時，空間運動插補過程復雜，容易降低光學元件的加工精度及效率。

發明內容

本發明的目的在于針對氣囊拋光非球曲面光學元件中高端五軸聯動數控系統購買困難及加工插補算法復雜等問題，提供使用四軸聯動數控系統的一種四軸聯動的氣囊拋光運動控制方法。

本發明包括以下步驟：

1）1個選擇氣囊連續進動拋光作為加工方式，并以氣囊球心為原點進行空間坐標系建立的步驟；

2）1個根據曲面方程，確定氣囊自轉軸與豎直方向夾角Rou的范圍的步驟；

3）1個根據氣囊自轉軸與豎直方向夾角Rou的范圍來確定對應適用的進動角范圍的步驟；

4）1個根據加工點偏移控制算法實現對氣囊連續進動拋光非球曲面過程中進動角的控制的步驟，從而實現非球曲面的四軸聯動連續進動拋光。

本發明區別于其他拋光方法的特征在于采用連續進動拋光的方式，即在工件的拋光過程中，氣囊自轉軸與工件上加工點的局部法線的夾角始終為一固定值。實驗表明，氣囊連續進動拋光方式可以得到更好的光學元件表面質量。

本發明的數控類型為x、y、z、A-B（x、y、z為進給軸，A,B為旋轉軸)，其中前四軸為聯動軸。通過此算法控制A軸的旋轉來保持拋光過程中進動角不變，完成非球曲面的連續進動拋光。

與五軸聯動的加工方式相比，本發明采用的四軸聯動加工方式，可以克服空間運動插補過程復雜的缺點，提高非球曲面的加工精度及效率。

本發明基于四軸聯動數控系統的適用于平面、球面、非球曲面等光學元件的氣囊拋光運動控制算法。

附圖說明

圖1為本發明實施例的氣囊連續進動拋光原理圖。

圖2為本發明實施例的氣囊拋光系統模型圖。

圖3為本發明實施例的氣囊工具簡化模型圖。

圖4為本發明實施例的非球曲面五軸聯動的氣囊拋光控制模型圖。

圖5為本發明實施例的氣囊自轉軸繞A軸旋轉形成的圓錐面圖。

圖6為本發明實施例的氣囊自轉軸與豎直方向夾角范圍的確定流程圖。

圖7為本發明實施例的理論上能夠實現的最小連續進動拋光角度圖。

圖8為本發明實施例的氣囊自轉軸與豎直方向夾角Rou值在不同進動角下的仿真進動角與實際進動角的最小誤差值圖。

圖9為本發明實施例的進動角的矯正控制算法流程圖。

圖10為本發明實施例的應用控制算法前的仿真進動角與實際進動角誤差值圖。

圖11為本發明實施例的應用控制算法后的仿真進動角與實際進動角誤差值圖。

圖12為本發明實施例的非球曲面上理論加工點坐標和實際加工點坐標在x和y方向上的偏差圖。

具體實施方式

以加工非球曲面為例，以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。

本發明實施例的氣囊連續進動拋光原理區別于其他拋光方法的特征在于采用連續進動拋光的方式，連續進動拋光原理如圖1所示，即在非球曲面2的拋光過程中，氣囊自轉軸11與非球曲面2上加工點的局部法線12的夾角始終為一固定值（圖1中角度ρ）。