[發明專利]一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法

在審

• 申請號: 202310612921.2
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116572118A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 羅霄;劉振宇;戚二輝;胡海翔;汪首奪
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00;B24B41/04;B24B49/16
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王婷婷

本發明公開了一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法，包括：步驟1：設計六維力傳感器工裝，用于固定力傳感器和承載磨頭旋轉；步驟2：力傳感器坐標系標定，在力傳感器測力平臺上三點施加力，三點在機床坐標P中分別為Psubgt;1/subgt;，Psubgt;2/subgt;，Psubgt;3/subgt;，根據三點出x，y,z方向的力Fx,Fy,Fz和繞x,y,z方向的力矩Mx,My,Mz求解三點在力傳感器坐標系下坐標Ssubgt;1/subgt;，Ssubgt;2/subgt;，Ssubgt;3/subgt;；步驟3：磨頭材料去除中心定位，將步驟2中力傳感器坐標系數據輸入機床或機械臂控制系統，使磨頭運動至步驟2力傳感器理論中心位置，磨頭旋轉，獲得力與力矩數據；該方法有效解決了數控機床或機械手磨頭加工非球面反射鏡過程中快速定位問題，使用六維力傳感器進行定位，操作簡單，且能夠有效減少操作步驟，提高效率。

技術領域

本發明涉及光學元件加工技術領域，尤其涉及一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法。

背景技術

非球面光學元件能夠有效提升光學系統成像質量，簡化系統結構，在現代光學系統中有著廣泛的應用。目前，常用的非球面光學元件加工方法是CCOS技術(計算機控制小磨頭加工技術)。該技術的基本原理是使用小口徑研拋盤遍歷反射鏡表面通過控制駐留時間對面形誤差進行修正。實際非球面加工過程中，準確定位磨頭中心位置是保證加工效率與加工精度的重要因素之一。磨頭中心的定位不準會導致理論材料去除與實際面形誤差不匹配，導致關系光學元件表面出現中高頻誤差或面形無法有效收斂。

目前，應用于CCOS加工的數控設備主要包括數控加工機床，機械臂等。為保證加工精度，所有設備均需要對磨頭中心進行精準定位。常用的定位方式包括數控機床使用的觸發式測頭，機械臂使用的TCP對準等，方式對測頭頂端進行標定。標定測頭位置后，再通過標準件的基準傳遞或激光跟蹤儀等其他測量手段獲得測頭與磨頭相對位置。最終計算出磨頭中心。

使用測頭標定方法主要存在以下兩方面缺陷：

1)操作過程較為繁瑣，為保證標定的準確性，通常磨頭與標定用測頭均需要使用同一接口，標定過程中需要反復拆裝磨頭、測頭、調節偏心等；

2)標定的準確性需要驗證，由于磨頭定位過程中使用了測頭作為間接的標定基準，標定后，需要確認標定結果的準確性，通常情況下是使用磨頭尋找工件特殊位置如邊緣相切位置等，隨著加工過程中由于磨頭磨損等導致定位出現偏差無法及時發現并補償。

所以，就以上問題，本發明提供一種能夠簡化光學加工過程中磨頭定位操作的復雜性，提高磨頭定位的準確性，能夠方便的在每次加工前對去除函數中心進行標定，避免因磨頭定位不準導致光學表面出現中高頻誤差或面形誤差變差的一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法是必要的。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明公開的一種基于六維力傳感器的磨頭中心的定位方法，包括以下步驟：

步驟1：設計六維力傳感器工裝，用于固定力傳感器和承載磨頭旋轉；

步驟2：力傳感器坐標系標定，在力傳感器測力平臺上三點施加力，三點在機床坐標P中分別為P₁，P₂，P₃，根據三點出x，y,z方向的力Fx,Fy,Fz和繞x,y,z方向的力矩Mx,My,Mz，求解三點在力傳感器坐標系下坐標S₁，S₂，S₃，根據三點在不同坐標系下坐標可解算出力傳感器坐標系與機床坐標系相對關系；