[發(fā)明專利]基于動態(tài)干涉儀的實時研磨拋光方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410062878.8
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103862373A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 何曉穎;徐敏
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B24B49/04
• 分類號: B24B49/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;王潔平

技術領域

本發(fā)明屬于現(xiàn)代光學測量與制造技術領域，具體涉及一種基于動態(tài)干涉儀的實時研磨拋光方法。

背景技術

在光學系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)等領域。

2008年，Andreas?Kelm等人應用ABB?IRB4400型工業(yè)機器人實現(xiàn)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(xiàn)有的打磨系統(tǒng)能夠實現(xiàn)實時信息反饋的功能。

激光動態(tài)干涉技術運用到機器人拋光系統(tǒng)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(tài)干涉技術的研究工作，并且已經將激光動態(tài)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(tài)干涉技術方面有專利而且已經有產品。

復旦大學專利：“基于智能數(shù)控平臺的銑磨拋光裝置，申請?zhí)?201010506393”和“基于智能數(shù)控平臺的子孔徑拼接激光干涉在線測量方法及系統(tǒng)?，申請?zhí)?201310179320”，將瞬態(tài)干涉技術融入到智能數(shù)控系統(tǒng)中，體現(xiàn)光學制造的在線檢測是現(xiàn)代光學制造的趨勢，進一步實現(xiàn)了光學測量的實時性和原位性。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于動態(tài)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(jù)檢測的結果來實時地指導和控制工業(yè)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(xiàn)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(xiàn)對自由曲面的高精度拋光。

本發(fā)明選用小型激光動態(tài)干涉儀，能夠避免測量過程中由機械部件的振動或者環(huán)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(qū)域進行一個實時的測量。

本發(fā)明所采用的技術方案具體描述如下。

本發(fā)明提供一種基于動態(tài)干涉儀的實時研磨拋光方法，其采用的系統(tǒng)中包括工業(yè)機器人及其驅動控制系統(tǒng)，工件平臺，拋光組件，拋光液注入/沖洗/吹干系統(tǒng)，動態(tài)干涉儀，數(shù)據(jù)采集/分析系統(tǒng)和人機交互界面；所述的工業(yè)機器人具有六個軸，通過其驅動控制系統(tǒng)可以精確的控制其在空間的位姿，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與所述的干涉儀相連接，可對動態(tài)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(tài)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(yè)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(jù)工件在工件臺上的擺放位置坐標、待測曲面的方程和動態(tài)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(tài)干涉儀所需要測量的孔徑的數(shù)目、尺寸、位置以及運動路徑；

（2）工業(yè)機器人的驅動與控制系統(tǒng)控制拋光組件或干涉儀按照根據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)對測量孔徑范圍內的面形沖洗吹干后，工業(yè)機器人根據(jù)動態(tài)干涉儀實時反饋給工業(yè)機器人的驅動控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集/分析系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有工業(yè)機器人研磨/拋光技術相比，具有明顯的優(yōu)點：

1)?與基于智能數(shù)控平臺的銑磨拋光裝置共用一套機器人系統(tǒng)，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(lián)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(yè)機器人作為移動和調節(jié)的裝置，不僅能方便的實現(xiàn)在