CN103862373A - 基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于现代光学测量与制造技术领域，具体为一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法。具体步骤包括：（1）根据工件的摆放位置坐标、待测曲面的方程和动态干涉仪在不同测量距离所对应的测量孔径尺寸，利用软件分析出动态干涉仪所需测量的孔径的数目、尺寸、位置及运动路径；（2）抛光组件或干涉仪按照设定的测量路径对待测曲面逐个进行子孔径的测量与加工，用测量的面形数据来实时确定在测量子孔径内的滞留时间和磨头的运动轨迹的设定；（3）对测量孔径范围内的面形冲洗吹干后，工业机器人对工件抛光/研磨；本发明方法所用***造价低廉，通用性与实用性好，可实现对多种面形的动态在线测量与加工，抛光精度和抛光后面型符合度高。

Description

基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法
技术领域
本发明属于现代光学测量与制造技术领域，具体涉及一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法。
背景技术
在光学***中应用非球面或自由曲面的光学元件，能够有效地矫正像差，改善像质，并降低光学***的冗余度和复杂度。因此，这类光学元件被广泛应用于天文观测、空间光学、遥感观测和高功率激光***等领域。
2008年，Andreas Kelm等人应用ABB IRB4400型工业机器人实现了对非球面的抛光。机器人的灵活性、可控性和大尺度特点使得它成为了复杂光学元件抛光的首选抛光技术。但是，光学自由曲面的抛光比平面和球面要困难得多，尤其是大口径高陡度非球面的抛光是当今国内外研究的焦点和难点。在抛光过程中，磨头运动摩擦会引起周围面型的变化，同时磨头运动产生的除去材料对周围面型打磨有影响，导致抛光精度和抛光后面型符合度低，因此急需要现有的打磨***能够实现实时信息反馈的功能。
激光动态干涉技术运用到机器人抛光***中能够很好的解决上述问题，并为非球面甚至自由面的实时反馈抛光提供解决方案。国内外已有很多科研机构和公司从事动态干涉技术的研究工作，并且已经将激光动态干涉应用于在线测量，其测量精度可达纳米量级。国内很多的研究机构，如中国科学院光电技术研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所开展了很多研究并申请了相关专利。目前美国4D technology公司不仅在动态干涉技术方面有专利而且已经有产品。
复旦大学专利：“基于智能数控平台的铣磨抛光装置，申请号 201010506393”和“基于智能数控平台的子孔径拼接激光干涉在线测量方法及*** ，申请号 201310179320”，将瞬态干涉技术融入到智能数控***中，体现光学制造的在线检测是现代光学制造的趋势，进一步实现了光学测量的实时性和原位性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法。该方法能够实时的对要抛光的工件表面进行在线原位检测，并根据检测的结果来实时地指导和控制工业机器人打磨工具抛光头的停留时间及其在工件表面走迹的变化。其借助于机器人强大的三维空间运动能力，不仅能实现对大口径的平面镜、球面镜、高陡度的非球面镜的高精度抛光，还能实现对自由曲面的高精度抛光。
本发明选用小型激光动态干涉仪，能够避免测量过程中由机械部件的振动或者环境的波动带来的测量误差，同时能够对即将需要打磨/抛光的重点区域进行一个实时的测量。
本发明所采用的技术方案具体描述如下。
本发明提供一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法，其采用的***中包括工业机器人及其驱动控制***，工件平台，抛光组件，抛光液注入/冲洗/吹干***，动态干涉仪，数据采集/分析***和人机交互界面；所述的工业机器人具有六个轴，通过其驱动控制***可以精确的控制其在空间的位姿，数据分析***与所述的干涉仪相连接，可对动态干涉仪测量得到的各孔径内工件表面面形的干涉条纹进行分析处理和显示；所述的动态干涉仪以相同的基准放置于抛光组件前端，从而可通过控制工业机器人在空间的位姿，完成对加工工件的原位在线检测与实时加工。其具体方法如下：
（1）根据工件在工件台上的摆放位置坐标、待测曲面的方程和动态干涉仪在不同测量距离所对应的测量孔径尺寸，利用软件分析出对曲面进行抛光/研磨时，动态干涉仪所需要测量的孔径的数目、尺寸、位置以及运动路径；
（2）工业机器人的驱动与控制***控制抛光组件或干涉仪按照根据上述软件分析结果设定的测量路径对待测曲面逐个进行子孔径的测量与加工，并用测量的面形数据实时确定在测量子孔径内的滞留时间和磨头的运动轨迹； 
（3）在利用抛光液注入/冲洗/吹干***对测量孔径范围内的面形冲洗吹干后，工业机器人根据动态干涉仪实时反馈给工业机器人的驱动控制***打磨/抛光头在测量孔径内所需滞留时间和运动轨迹，以及工件台需配合的移动或旋转，再对测量孔径范围内的工件表面进行抛光/研磨；
（4）当走完上述完整的运动路径后，即完成了一次对整个工件表面的抛光/
研磨，数据采集/分析***。
本发明与现有工业机器人研磨/抛光技术相比，具有明显的优点：
1) 与基于智能数控平台的铣磨抛光装置共用一套机器人***，将干涉仪以相同
的安装基准安装于铣磨抛光装置前端与其一起联动，无需卸除铣磨抛光装置，极大的减少了设备因为来回更换所引入的偏移误差；
2) 利用技术成熟的工业机器人作为移动和调节的装置，不仅能方便的实现在
线、原位测量，而且能加工提供实时在线的原位检测数据；
3)  由于可以实现原位在线实时测量和实时加工，因此工件在被测时无须从工件
台卸上卸下，避免了工件重新定位和装夹引入新的加工误差，保证检测与加工的一致性，可以节省时间并提高加工精度；
4）该方法中所用的是动态干涉仪，能避免工业机器人手臂的振动、工件台的振动和空气扰动对测量精度的影响，从而极大的提高了需要加工的孔径内的测量精度；
5) 采用测量数据与加工工艺数据之间的实时动态交互，能够极大程度减小了打磨去除物堆积对打磨精度的影响，并且对前一次子孔径打磨边缘不规则性通过实时检测进行实时修正。
附图说明
图1为整个实时研磨抛光***的工作流程图。
图2为整个实时研磨抛光***的组成模块图。
图3为光学平面元件测量/加工路径规划示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
本实施例中利用基于动态仪的实时研磨抛光***，进行抛光的具体流程（图1）如下：
1.  如图2所示，将动态干涉仪安装在抛光组件的前端，并且与抛光组件捆绑在一起，安装时确保抛光组件与动态干涉仪水平度一致。
2. 将待测表面的几何参数，如面形方程、有效口径、离轴量等输入到分析程序
***中，分析出完成一次完整的研磨/抛光所需测量/加工的孔径的数目、相对位置、与尺寸大小和孔径分布情况，然后根据孔径的分布制定出动态干涉仪测量所需移动的运动路径方案。以平面光学元件的抛光和研磨为例：根据元件的尺寸、面型方程，分析出合适的测量孔径大小R、比邻间隔尺寸a及其数目和移动路径，如图3所示，其中                                                
Figure 100216DEST_PATH_IMAGE001
，测量与加工按照图中标识出的实线行走。
3.  根据实际抛光液冲洗、吹干以及动态干涉仪单次测量所需的时间来确定出每
次完成一次测量孔径内的抛光后所需的停留时间。
4.  根据预计移动路径、每次抛光后的停留时间等编译控制***程序，控制动态
干涉仪测量，再实时根据动态干涉仪采集到的数据分析出在测量孔径内的打磨工具的抛光头需要运作的数据，如滞留时间、运动形式等，以及工件台需配合的移动或旋转；然后将上述数据反馈到控制软件来控制工业机器人和工件台来完成对单次测量孔径内的打磨抛光。完成一次测量孔径范围内的打磨和抛光后需要对工件的表面进行冲洗和吹干，以保证接下来用动态干涉仪进行在线原位检测的数据的精准度。

Claims (2)

1.一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法，其特征在于：其采用包括工业机器人及其驱动控制***，工件平台，抛光组件，抛光液注入/冲洗/吹干***，动态干涉仪，数据采集/分析***和人机交互界面的装置进行实时研磨抛光；其中所述的工业机器人具有六个轴，通过其驱动控制***控制其在空间的位姿；所述的动态干涉仪放置于抛光组件前端，所述数据采集/分析***与所述的干涉仪相连接；具体步骤如下：
（1）根据工件在工件台上的摆放位置坐标、待测曲面的方程和动态干涉仪在不同测量距离所对应的测量孔径尺寸，利用软件分析出对曲面进行抛光/研磨时，动态干涉仪所需要测量的孔径的数目、尺寸、位置以及运动路径；
（2）工业机器人的驱动与控制***控制抛光组件或干涉仪按照根据上述软件分析结果设定的测量路径对待测曲面逐个进行子孔径的测量与加工，并用测量的面形数据实时确定在测量子孔径内的滞留时间和磨头的运动轨迹； 
（3）在利用抛光液注入/冲洗/吹干***对测量孔径范围内的面形冲洗吹干后，工业机器人根据动态干涉仪实时反馈给工业机器人的驱动控制***打磨/抛光头在测量孔径内所需滞留时间和运动轨迹，以及工件台需配合的移动或旋转，再对测量孔径范围内的工件表面进行抛光/研磨；
（4）当走完上述完整的运动路径后，即完成了一次对整个工件表面的抛光/研磨，数据采集/分析***。
2.如权利要求1所述的基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法，其特征在于：工业机器人每次完成孔径加工后，对加工区域进行冲洗和吹干处理。
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