[發(fā)明專利]數(shù)控單軸拋光機(jī)拋光工藝中的坐標(biāo)映射控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010189588.5
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111414685B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 焦長君;舒勇;王斌;宮萌;王波;汪德峰;崔嘉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院南京耐爾思光電儀器有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B24B1/00;B24B13/00;B24B13/01;B24B51/00;B24B47/12
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李湘群

1.數(shù)控單軸拋光機(jī)拋光工藝中的坐標(biāo)映射控制方法，其特征在于：所述數(shù)控單軸拋光機(jī)包括鐵筆、擺動臂、平動臂、單軸機(jī)床身平臺、磨盤，單軸機(jī)床身平臺上設(shè)置有光學(xué)元件，鐵筆通過擺動臂鏈路和平動臂鏈路與單軸機(jī)床身平臺相連，磨盤設(shè)置于鐵筆的末端，擺動臂可繞x軸被動旋轉(zhuǎn)且可繞z軸主動旋轉(zhuǎn)，擺動臂偏心可調(diào)，平動臂可平動且可繞y軸或繞z軸被動旋轉(zhuǎn)，擺動臂與鐵筆垂直固定連接，平動臂通過平動臂手腕關(guān)節(jié)與鐵筆相連，平動臂手腕關(guān)節(jié)具有繞y軸、z軸和x軸被動旋轉(zhuǎn)的三個自由度；所述控制方法包括：

(1)以磨盤處于光學(xué)元件中心點處，擺動臂和平動臂水平，擺動臂偏心為零時為機(jī)床的初始狀態(tài)；以光學(xué)元件頂點O為坐標(biāo)原點，平動臂方向為x軸，光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)軸和擺動軸之間的連線為y軸，設(shè)定機(jī)床參考坐標(biāo)系；在磨盤中心C_p、鐵筆夾持中心C_b、擺動臂中心C_s、平動臂中心C_l處建立各運(yùn)動部件的體坐標(biāo)系；

(2)根據(jù)擺動臂運(yùn)動學(xué)模型，獲得磨盤中心C_p在機(jī)床參考系中的坐標(biāo)；根據(jù)機(jī)器人的DH理論，在擺動臂鏈路中，磨盤中心C_p在機(jī)床參考系中的坐標(biāo)為擺動臂繞z軸旋轉(zhuǎn)的角度α和擺動臂繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度β的函數(shù)；

(3)從平動臂端出發(fā)，根據(jù)平動臂運(yùn)動學(xué)模型，平動臂中心C_l在機(jī)床參考系中的坐標(biāo)是關(guān)于平動臂的平動量x_l的函數(shù)；或者，從擺動臂端出發(fā)，根據(jù)機(jī)器人的DH理論，平動臂中心C_l坐標(biāo)為擺動臂繞z軸旋轉(zhuǎn)的角度α和擺動臂繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度β的函數(shù)；

(4)從待加工光學(xué)元件角度看，加工時磨盤中心的運(yùn)動軌跡在以光學(xué)元件最接近球面球心(0,0,R)為球心，以|R-T_p|為半徑的球面上，兩球面的交線為圓，故磨盤中心的運(yùn)動軌跡為圓，根據(jù)Rodrigues公式將該軌跡表述為磨盤中心C_p繞從擺動臂中心C_s指向該球心的矢量S的軸旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)；

(5)由包絡(luò)的幾何關(guān)系得到磨盤中心C_p軌跡上任意點位(x_cp,y_cp,z_cp)在光學(xué)元件上對應(yīng)的加工點(x_m,y_m,z_m)，從而得到拋光加工環(huán)帶半徑r_m，所述加工環(huán)帶半徑r_m是關(guān)于的函數(shù)；

(6)根據(jù)步驟(2)中磨盤中心點C_p解析模型，得到擺動臂的運(yùn)動參數(shù)α和β，所述α和β是關(guān)于的函數(shù)；

(7)步驟(3)中兩種求解方法求解出平動臂中心C_l在機(jī)床參考系中的表達(dá)，由步驟(3)中從平動臂端出發(fā)得到的函數(shù)和從擺動臂端出發(fā)得到的函數(shù)兩者相等可得關(guān)于x_l的方程，所述關(guān)于x_l的方程是關(guān)于的函數(shù)；

(8)由步驟(5)和(7)獲得以磨盤中心軌跡生成控制量為參數(shù)的平動臂平動量x_l與加工環(huán)帶半徑r_m之間的映射關(guān)系，從而基于該坐標(biāo)映射關(guān)系控制數(shù)控單軸拋光機(jī)的拋光工藝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控單軸拋光機(jī)拋光工藝中的坐標(biāo)映射控制方法，其特征在于：所述數(shù)控單軸拋光機(jī)含3個主動運(yùn)動，分別是單軸機(jī)工件旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸旋轉(zhuǎn)軸和平動臂絲杠模組，兩個回轉(zhuǎn)軸的軸線平行，之間距離為L_s，平動臂平移方向與鏡體回轉(zhuǎn)軸正交，擺動臂偏心可調(diào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控單軸拋光機(jī)拋光工藝中的坐標(biāo)映射控制方法，其特征在于：所述數(shù)控單軸拋光機(jī)包括平動臂旋轉(zhuǎn)軸和平動臂絲杠模組，平動臂繞z軸的被動旋轉(zhuǎn)通過平動臂旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)，所述平動臂絲杠模組安裝在單軸機(jī)床身平臺上，用于帶動平動臂旋轉(zhuǎn)軸作平動，從而帶動平動臂平動。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控單軸拋光機(jī)拋光工藝中的坐標(biāo)映射控制方法，其特征在于：從數(shù)控單軸拋光機(jī)的機(jī)構(gòu)原理出發(fā)，利用串聯(lián)機(jī)器人矩陣運(yùn)動模型方法，基于待加工光學(xué)元件、運(yùn)動體之間的幾何關(guān)系，建立單軸拋光機(jī)加工過程中加工環(huán)帶半徑與平動臂平動量之間的模型，構(gòu)建數(shù)控單軸拋光機(jī)加工坐標(biāo)映射關(guān)系，從而建立數(shù)控單軸拋光機(jī)自動化加工加工運(yùn)動學(xué)控制模型。