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1、第49卷第5期厦门大学学报(自然科学版)Vol.49No.52010年9月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Sep.2010光学非球面元件机器人柔性抛光技术333王健,郭隐彪,朱睿(厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005)摘要:计算机控制光学表面成型技术在光学元件冷加工中占据重要的地位,是对平面及非球面光学元件进行最后阶段修整抛光的必要手段.现有的计算机控制光学表面成型技术大都基于数控机床来进行.随着机器人技术的发展和广泛应用,将机器人引入到光学元
2、件数控加工领域是一种新的有效尝试.因此,对一种基于机器人的光学非球面柔性抛光技术进行了运动学分析,并建立了控制模型,利用控制模型进行工件加工,获得了较好的加工效果.关键词:机器人抛光;工具坐标系;非球面加工中图分类号:TG701文献标识码:A文章编号:043820479(2010)0520636204计算机控制光学表面成型技术(Computercon2优势在于价格低、能耗小、质量小,劣势在于运动刚度trolledopticalsurfacing,CCOS),是由美国Itek公司和运动准确性上.然而,在小工
3、具抛光加工中这些劣势的WiktorJRupp在20世纪70年代初期最先提出对加工过程的影响并不十分明显,这主要是基于小工的.这种方法的原理和特点是用一个尺寸比被加工零具抛光的特点,它不需要很高的重复定位精度,抛光中件小得多的抛光模,根据定量的面形检测数据,在计算的作用力也不大.同时,对于更大尺寸或搬运不便的光机的控制下,以一定的路线、速度和压力抛光工件表学元件,机器人抛光反而比数控机床抛光更有优势,这面.CCOS的实质是让计算机尽可能地吸取高级光学是因为可以通过移动机器人而不是移动光学元件来开技术人员的经
4、验,模仿他们的操作技巧用于光学加工.展加工.因此,选用机器人实现光学元件的计算机控制CCOS技术使用的小工具可按非球面曲线运动,只在光学表面成型是合适并且经济的.需加工的区域内去除多余材料,对操作者的经验要求较低,可重复性更好,而且CCOS采用计算机数字模表1数控与机器人抛光机床区别拟方式预测面形和制定加工方案,在提高工效的同时Tab.1DifferencesbetweenNCpolishingmachineand保证了加工质量.机器人柔性抛光技术就是属于robotpolishingmachineCCOS
5、的一个分支,国内外均有报道机器人用于光学抛控装置重复定位精度/μm运动刚度能耗/kW[123]元件表面的计算机控制抛光.机器人70～100小约3数控机床10大约51机器人柔性抛光技术概述注:机器人的价格约为数控机床的1/2,质量约为数控机床的1/3～1/6.在非球面加工过程中,使用机器人柔性抛光技术,需要通用的6关节机器人和1个双行星运动的抛光2机器人柔性抛光控制模型头.如果采用数控抛光机床加工,这需要5轴3联动的数控机床和1个双行星运动的抛光头.比较数控抛光2.1机器人柔性抛光系统机床和抛光机器人的加工
6、区别可见表1.如图1所示的机器人抛光系统,其中A为机器人由表1可见,机器人抛光相比数控抛光机床设备,运动本体,B1为机器人控制器,B2为机器人驱动器,C和D为远程控制软件和说明文档,E为机器人控制器收稿日期:2009209210上的机器人系统软件,F为离线编程软件及相关服务基金项目:福建省科技重大专项(2006HZ00224);厦门市科技计划程序,G为系统校正数据,H为示教控制器,J、PCK项目(3502Z20083010)3现工作单位:成都精密光学工程研究中心和PCX都是服务器,N为校准数据,M为许可密
7、钥。[425]33通讯作者:guoyb@xmu.edu.cn整个系统的构成类似于数控机床.第5期王健等:光学非球面元件机器人柔性抛光技术·637·图2工具坐标系Fig.2Thetool′saxis点M(x0,y0,z0)处,其曲面的法向量为图1机器人柔性抛光系统n={Fx′(x0,y0,z0),Fy′(x0,y0,z0),Fz′(x0,y0,Fig.1Thesystemofrobotpolishingz0)}.(2)下面计算确定工具坐标系的3个坐标轴单位向量对于6关节机器人本身,在机器人本体最后一个在参考
8、坐标系中的向量nx,ny和nz.关节的法兰上安装抛光用的双行星抛光头,这样用机首先根据工具坐标系的定义,nz可以最容易地确器人本体实现抛光头与元件表面法向一致.因此,可以定下来,其方向与曲面法向量反向.按规划的路径来移动整个抛光头,并控制移动速度,实-Fx′(x0,y0,z0)-Fy′(x0,y0,z0)现在元件表面不同部位的不同抛光驻留时间,去除不nz={,,c1c1同数量的材料.-Fz′(x0,y0,z0)},(3)2.2
