CN105014525A - 基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，通过对工件上下表面平行度进行测量，对分级抛光盘表面进行修整，图像采集分析系统对分级抛光盘表面进行图像采集并产生分级抛光盘表面三维形貌数据，同时通过固定姿态的工件与旋转的分级抛光盘接触，通过高精度三维压力传感器系统采集工件受到的力，并利用该力反求出分级抛光盘表面的形貌特征；综合两个表面形貌数据，规划工件加工时的位姿，生成工件位姿变换数据；根据生成的工件位姿变换数据控制工件加工时的位置和姿态。本发明能够有效改善工件上下表面平行度，实时调整工件空间位姿，保证工件加工时接触压力保持恒定，从而得到表面光滑无损伤且形面精度好的工件。

Description

基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法
技术领域
本发明涉及精密与超精密加工领域，更具体的说，涉及一种基于研磨抛光盘多自由度调整机构的自适应调整方法。
背景技术
目前，随着半导体产业和光学产业的不断发展，需要硅片表面和光学镜面等精密工件表面绝对平整，上下表面绝对平行，没有凸起和平整度差等缺陷。因目前加工技术的限制，用来加工精密工件的复合弹性分级研抛盘表面不可能绝对平整，上下表面不可能绝对平行。复合弹性分级研抛盘是一种以柔性材料作为基体的研抛盘，集研磨与抛光与一体，然而由于研抛盘整体为弹性体，在通过常用的修面机对研抛盘表面进行修整的时候，无法达到普通研磨盘的表面平行度，不同的部位高度差距较大，这样的研抛盘加工工件表面质量难以提高，同时也难以准确预测材料的去除量。另外，由于工件本身切片时上下表面可能存在平行度的差异，普通的机械化学抛光通过在工件上放置一定质量的重物的方法，工件各处材料去除量相等，研抛过后工件本身存在的平行度差异并无改善。
发明内容
本发明的目的在于解决工件本身上下表面不平行和复合弹性研抛盘修盘之后表面平面度较差的问题，本发明提出一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，具有有效改善工件上下表面平行度，实时调整工件空间位姿，保证工件加工时接触压力保持恒定，从而得到表面光滑无损伤且形面精度好的工件。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，包括以下步骤：
1)提供工件，并对工件进行上下表面平行度的测量，将工件固定在高精度三维压力传感器前端的工件固定平台上；
2)提供复合弹性分级抛光盘，通过修面工具对分级抛光盘上表面进行修整；
3)通过图像采集分析系统对分级抛光盘表面进行图像采集并产生分级抛光盘表面三维形貌数据，同时通过固定姿态的工件与旋转的分级抛光盘接触，通过高精度三维压力传感器系统采集工件受到的力，并利用该力反求出分级抛光盘表面的形貌特征；
4)综合图像采集分析系统和高精度三维压力传感器系统得到的分级抛光盘的表面形貌数据，规划工件加工时的位姿，生成工件位姿变换数据；
5)根据生成的工件位姿变换数据，通过工件空间位姿控制执行系统控制工件加工时的位置和姿态；工件加工时继续通过高精度三维压力传感器系统检测工件受力情况，并实时修正工件位姿变换信息。
进一步的，所述工件空间位姿控制执行系统包括控制工件空间位置的位置控制系统和控制工件空间姿态的姿态控制系统。所述的位置控制系统分别包括x、y、z方向的伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨，所述姿态控制系统包括六个用于控制工件沿x、y、z轴转动的液压缸。
进一步的，所述分级抛光盘由磨料层、粘结层和弹性基体层组成，磨料层沿径向从外往内由粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光圈组成，不同加工圈采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，以分别适用于粗磨、细磨、精磨和抛光加工。
进一步的，所述图像采集分析系统包括多个摄像头和图像处理系统，根据多个摄像头采集分级抛光盘表面形貌照片，经过图像处理系统的分析可得到分级抛光盘的三维相貌，生成其表面形貌的相关数据。
进一步的，所述高精度三维压力传感器系统包括高精度三维压力传感器和处理系统，用于实时采集工件受到的沿x、y、z方向的力和沿x、y、z轴的扭矩。
进一步的，该自适应调整方法使用的基于研磨抛光工件多自由度调整机构包括分级抛光盘装置，用于实现分级抛光盘的固定和转动；抛光盘表面轨迹摄像装置，用于采集分级抛光盘表面的形状轨迹；工件位姿自适应调整装置，用于对工件的空间位姿进行调整以便工件更好的与抛光盘表面贴合；左右方向调整装置，用于固定抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置并带动抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置左右移动；前后方向调整装置，用于带动左右方向调整装置、抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置前后移动；上下方向调整装置，用于带动前后方向调整装置、左右方向调整装置、抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置上下移动；支撑装置，用于支撑上述所有部件；所述工件位姿自适应调整装置包括位姿调整顶部固定板、位姿调整底部固定板、六个高精度调整液压缸和高精度三维压力传感器，高精度三维压力传感器和抛光工件固定在所述位姿调整底部固定板的底部，六个高精度调整液压缸均同向设置且六个高精度调整液压缸的上下两端分别通过万向铰链铰接在位姿调整顶部固定板和位姿调整底部固定板上；所述位姿调整顶部固定板的上端连接左右方向调整装置；所述支撑装置包括整体机构底部支撑板、整体机构竖直梁、整体机构中部支撑板、整体机构竖直支撑板和整体机构顶部支撑板，所述整体机构竖直梁的上下两端分别与整体机构中部支撑板和整体机构底部支撑板固定连接，所述整体机构竖直支撑板的上下两端分别与整体机构顶部支撑板和整体机构中部支撑板固定连接；所述左右方向调整装置包括第一侧面固定板、第一中间支撑板、第一滚珠丝杠、第一丝杠螺母、第一丝杠支撑端轴承座、第一丝杠固定端轴承座、第一伺服电机、第一联轴器、第一伺服电机支撑架、第一直线导轨、第一拖动块和第一滑块，所述第一滚珠丝杠通过第一丝杠支撑端轴承座、第一丝杠固定端轴承座支撑在所述第一中间支撑板上，所述第一滚珠丝杠的一端通过第一联轴器连接第一伺服电机，所述第一伺服电机通过第一伺服电机支撑架固定在第一中间支撑板上；所述第一直线导轨固定在所述第一中间支撑板上的底面上，所述第一滑块套装在第一直线导轨上；所述第一拖动块一端与套装在第一滚珠丝杠上的第一丝杠螺母固定连接，另一端与抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置固定连接；所述第一中间支撑板的左右两侧固定有支撑所述第一中间支撑板的第一侧面固定板；所述第一伺服电机通过第一联轴器带动第一滚珠丝杠转动，从而带动第一丝杠螺母左右移动，进一步带动抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置左右移动；所述前后方向调整装置包括第二侧面固定板、第二中间支撑板、第二滚珠丝杠、第二丝杠螺母、第二丝杠支撑端轴承座、第二丝杠固定端轴承座、第二伺服电机、第二联轴器、第二伺服电机支撑架、第二直线导轨、第二滑块和第二拖动块；所述第二滚珠丝杠通过第二丝杠支撑端轴承座、第二丝杠固定端轴承座支撑在所述第二中间支撑板上，所述第二滚珠丝杠的一端通过第二联轴器连接第二伺服电机，所述第二伺服电机通过第二伺服电机支撑架固定在第二中间支撑板上；所述第二中间支撑板的两侧固定有支撑所述第二中间支撑板的第二侧面固定板，所述第二直线导轨固定在第二侧面固定板上，所述第二滑块套装在所述第二直线导轨上，所述第二滑块与左右方向调整装置固定连接；所述第二丝杠螺母套装在所述第二滚珠丝杠上且第二丝杠螺母与第二拖动块固定连接，第二拖动块与左右方向调整装置固定连接；第二伺服电机通过第二联轴器带动第二滚珠丝杠转动，从而带动第二丝杠螺母前后移动，进一步带动第二拖动块和左右方向调整装置沿着第二直线导轨前后移动；所述上下方向调整装置包括第三滚珠丝杠、第三丝杠螺母、第三丝杠支撑端轴承座、第三丝杠固定端轴承座、第三伺服电机、第三伺服电机支撑架、第三直线导轨、第三滑块、第三拖动块、同步带张紧轮、高扭矩从动同步带轮、同步带张紧轮固定轴、高扭矩主动同步带轮和同步带，所述第三滚珠丝杠通过第三丝杠支撑端轴承座、第三丝杠固定端轴承座竖直支撑在所述整体机构竖直支撑板的一侧上，所述整体机构竖直支撑板的另一侧上固定与所述第三滚珠丝杠平行设置的第三直线导轨，所述第三滚珠丝杠的上端固定有高扭矩从动同步带轮，所述第三伺服电机通过第三伺服电机支撑架固定在所述整体机构顶部支撑板的上端，所述第三伺服电机的前端固定高扭矩主动同步带轮，所述整体机构顶部支撑板的上端还固定有同步带张紧轮固定轴，同步带张紧轮固定在所述同步带张紧轮固定轴上，所述同步带张紧轮、高扭矩从动同步带轮和高扭矩主动同步带轮通过同步带连接；所述第三丝杠螺母套装在所述第三滚珠丝杠上，第三拖动块的一端与所述第三丝杠螺母固定连接，第三拖动块的另一端与前后方向调整装置固定连接，所述第三滑块套装在第三直线导轨上且与所述前后方向调整装置固定连接；所述第三伺服电机通过带动高扭矩主动同步带轮转动，通过同步带带动高扭矩被动同步带轮转动，从而驱动第三滚珠丝杠转动，第三滚珠丝杠转动时带动第三丝杠螺母上下运动，从而带动第三拖动块上下移动，进而带动前后方向调整装置沿直线导轨上下移动；所述分级抛光盘装置包括分级抛光盘步进电机、分级抛光盘步进电机支撑架、分级抛光盘步进电机联轴器、分级抛光盘转动支撑轴承、分级抛光盘转动支撑轴承固定架和分级抛光盘；所述分级抛光盘下端的转动轴通过分级抛光盘步进电机联轴器连接分级抛光盘步进电机，所述转动轴通过分级抛光盘转动支撑轴承进行支撑，所述分级抛光盘转动支撑轴承通过分级抛光盘转动支撑轴承固定架固定在整体机构底部支撑板上，所述分级抛光盘步进电机通过分级抛光盘步进电机支撑架固定在整体机构底部支撑板上。
本发明的有益效果在于：通过加工前检测工件上下表面的平行度，在研抛过程中有意增加相对较厚部分的下压量，人为修正工件上下表面的不平行；通过图像采集分析系统和工件固定时高精度三维压力传感器系统对研抛盘表面形貌进行分析，综合两者数据，形成准确的研抛盘表面形貌，产生相应的工件位姿，通过六个自由度的工件空间位姿控制及执行系统，能够精确控制工件在抛光过程中的空间位置和空间姿态，从而使工件在加工时适应研抛盘表面。同时，在研抛加工过程中继续使用高精度三维力传感系统对工件受力进行实时监测和控制，修正研抛盘表面形貌，修正工件位姿信息，提高最终加工效果，使得工件通过精确的位姿变换来适应表面平面度较差的研抛盘，从而在加工过程中保持稳定的接触力，提高了工件加工质量。
附图说明
图1是本发明基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法的步骤流程图。
图2是本发明实施例基于研磨抛光工件多自由度调整机构的结构示意图。
图3是本发明研磨抛光工件自适应多自由度调整机构的俯视图。
图4是本发明工件位姿自适应调整装置的局部放大图。
图5是本发明研磨抛光工件自适应多自由度调整机构的左视图。
图6是本发明研磨抛光工件自适应多自由度调整机构的右视图。
图中，1-分级抛光盘装置、101-分级抛光盘步进电机、102-分级抛光盘步进电机支撑架、103-分级抛光盘步进电机联轴器、104-分级抛光盘转动支撑轴承、105-分级抛光盘转动支撑轴承固定架、106-分级抛光盘、2-支撑装置、201-整体机构底部支撑板、202-整体机构竖直梁、203-整体机构中部支撑板、204-整体机构竖直支撑板、205-整体机构顶部支撑板、3-上下方向调整装置、301-第三丝杠支撑端轴承座、302-第三滚珠丝杠、303-第三拖动块、304-第三丝杠螺母、305-第三滑块、306-第三直线导轨、307-第三丝杠固定端轴承座、308-高扭矩从动同步带轮、309-同步带、310-同步带张紧轮、311-同步带张紧轮固定轴、312-第三伺服电机、313-第三伺服电机支撑架、314-高扭矩主动同步带轮、4-前后方向调整装置、400-第二丝杠支撑端轴承座、401-第二滚珠丝杠、402-第二拖动块、403-第二丝杠螺母、404-第二丝杠固定端轴承座、405-第二联轴器、406-第二伺服电机、407-第二伺服电机支撑架、408-第二侧面固定板、409-第二中间支撑板、410-第二滑块、411-第二直线导轨、5-左右方向调整装置、501-第一伺服电机支撑架、502-第一联轴器、503-第一丝杠固定端轴承座、505-第一丝杠螺母、506-第一拖动块、507-第一滚珠丝杠、508-第一丝杠支撑端轴承座、509-第一侧面固定板、510-第一中间支撑板、511-第一直线导轨、512-第一滑块、6-工件位姿自适应调整装置、600-位姿调整顶部固定板、601-高精度调整液压缸、602-位姿调整底部固定板、603-高精度三维压力传感器、604-抛光工件、7-抛光盘表面轨迹摄像装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～6所示，基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，包括以下步骤：提供工件，并对工件进行上下表面平行度的测量，将工件固定在高精度三维压力传感器前端的工件固定平台上；提供复合弹性分级抛光盘，通过修面工具对分级抛光盘上表面进行修整；通过图像采集分析系统对分级抛光盘表面进行图像采集并产生分级抛光盘表面三维形貌数据，同时通过固定姿态的工件与旋转的分级抛光盘接触，通过高精度三维压力传感器系统采集工件受到的力，并利用该力反求出分级抛光盘表面的形貌特征；综合图像采集分析系统和高精度三维压力传感器系统得到的分级抛光盘的表面形貌数据，规划工件加工时的位姿，生成工件位姿变换数据；根据生成的工件位姿变换数据，通过工件空间位姿控制执行系统控制工件加工时的位置和姿态；工件加工时继续通过高精度三维压力传感器系统检测工件受理情况，并实时修正工件位姿变换信息。
所述工件空间位姿控制执行系统包括控制工件空间位置的位置控制系统和控制工件空间姿态的姿态控制系统。所述的位置控制系统分别包括x、y、z方向的伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨，所述姿态控制系统包括六个用于控制工件沿x、y、z轴转动的液压缸。
所述分级抛光盘由磨料层、粘结层和弹性基体层组成，磨料层沿径向从外往内由粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光圈组成，不同加工圈采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，以分别适用于粗磨、细磨、精磨和抛光加工。
所述图像采集分析系统包括多个摄像头和图像处理系统，根据多个摄像头采集分级抛光盘表面形貌照片，经过图像处理系统的分析可得到分级抛光盘的三维相貌，生成其表面形貌的相关数据。
所述高精度三维压力传感器系统包括高精度三维压力传感器和处理系统，用于实时采集工件受到的沿x、y、z方向的力和沿x、y、z轴的扭矩。
作为本发明基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法最佳实施例的装置，基于研磨抛光工件多自由度调整机构包括分级抛光盘装置1，用于实现分级抛光盘106的固定和转动；抛光盘表面轨迹摄像装置7，用于采集分级抛光盘106表面的形状轨迹；工件位姿自适应调整装置6，用于对工件的空间位姿进行调整以便工件更好的与抛光盘表面贴合；左右方向调整装置5，用于固定抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6并带动抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6左右移动；前后方向调整装置4，用于带动左右方向调整装置5、抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6前后移动；上下方向调整装置3，用于带动前后方向调整装置4、左右方向调整装置5、抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6上下移动；支撑装置2，用于支撑上述所有部件；所述工件位姿自适应调整装置6包括位姿调整顶部固定板600、位姿调整底部固定板602、六个高精度调整液压缸601和高精度三维压力传感器603，高精度三维压力传感器603和抛光工件604固定在所述位姿调整底部固定板602的底部，六个高精度调整液压缸601均同向设置且六个高精度调整液压缸601的上下两端分别通过万向铰链铰接在位姿调整顶部固定板600和位姿调整底部固定板602上；所述位姿调整顶部固定板600的上端连接左右方向调整装置5。位姿调整顶部固定板600与左右方向调整装置5的第一拖动块506固定连接。
所述支撑装置2包括整体机构底部支撑板201、整体机构竖直梁202、整体机构中部支撑板203、整体机构竖直支撑板204和整体机构顶部支撑板205，所述整体机构竖直梁202的上下两端分别与整体机构中部支撑板203和整体机构底部支撑板201固定连接，所述整体机构竖直支撑板204的上下两端分别与整体机构顶部支撑板205和整体机构中部支撑板203固定连接。
所述左右方向调整装置5包括第一侧面固定板509、第一中间支撑板510、第一滚珠丝杠507、第一丝杠螺母505、第一丝杠支撑端轴承座508、第一丝杠固定端轴承座503、第一伺服电机500、第一联轴器502、第一伺服电机支撑架501、第一直线导轨511、第一拖动块506和第一滑块512，所述第一滚珠丝杠507通过第一丝杠支撑端轴承座508、第一丝杠固定端轴承座503支撑在所述第一中间支撑板510上，所述第一滚珠丝杠507的一端通过第一联轴器502连接第一伺服电机500，所述第一伺服电机500通过第一伺服电机支撑架501固定在第一中间支撑板510上；所述第一直线导轨511固定在所述第一中间支撑板510上的底面上，所述第一滑块512套装在第一直线导轨511上；所述第一拖动块506一端与套装在第一滚珠丝杠507上的第一丝杠螺母505固定连接，另一端与抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6固定连接；所述第一中间支撑板510的左右两侧固定有支撑所述第一中间支撑板510的第一侧面固定板509；所述第一伺服电机500通过第一联轴器502带动第一滚珠丝杠507转动，从而带动第一丝杠螺母505左右移动，进一步带动抛光盘表面轨迹摄像装置7和工件位姿自适应调整装置6左右移动。
所述前后方向调整装置4包括第二侧面固定板408、第二中间支撑板409、第二滚珠丝杠401、第二丝杠螺母403、第二丝杠支撑端轴承座400、第二丝杠固定端轴承座404、第二伺服电机406、第二联轴器405、第二伺服电机支撑架407、第二直线导轨411、第二滑块410和第二拖动块402；所述第二滚珠丝杠401通过第二丝杠支撑端轴承座400、第二丝杠固定端轴承座404支撑在所述第二中间支撑板409上，所述第二滚珠丝杠401的一端通过第二联轴器405连接第二伺服电机406，所述第二伺服电机406通过第二伺服电机支撑架407固定在第二中间支撑板409上；所述第二中间支撑板409的两侧固定有支撑所述第二中间支撑板409的第二侧面固定板408，所述第二直线导轨411固定在第二侧面固定板408上，所述第二滑块410套装在所述第二直线导轨411上，所述第二滑块410与左右方向调整装置5固定连接；所述第二丝杠螺母403套装在所述第二滚珠丝杠401上且第二丝杠螺母403与第二拖动块402固定连接，第二拖动块402与左右方向调整装置5固定连接；第二伺服电机406通过第二联轴器405带动第二滚珠丝杠401转动，从而带动第二丝杠螺母403前后移动，进一步带动第二拖动块402和左右方向调整装置5沿着第二直线导轨411前后移动。第二拖动块402与左右方向调整装置5的第一中间支撑板510固定连接。
所述上下方向调整装置3包括第三滚珠丝杠302、第三丝杠螺母304、第三丝杠支撑端轴承座301、第三丝杠固定端轴承座307、第三伺服电机312、第三伺服电机支撑架313、第三直线导轨306、第三滑块305、第三拖动块303、同步带张紧轮310、高扭矩从动同步带轮308、同步带张紧轮固定轴311、高扭矩主动同步带轮314和同步带309，所述第三滚珠丝杠302通过第三丝杠支撑端轴承座301、第三丝杠固定端轴承座307竖直支撑在所述整体机构竖直支撑板204的一侧上，所述整体机构竖直支撑板204的另一侧上固定与所述第三滚珠丝杠302平行设置的第三直线导轨306，所述第三滚珠丝杠302的上端固定有高扭矩从动同步带轮308，所述第三伺服电机312通过第三伺服电机支撑架313固定在所述整体机构顶部支撑板205的上端，所述第三伺服电机312的前端固定高扭矩主动同步带轮314，所述整体机构顶部支撑板205的上端还固定有同步带张紧轮固定轴311，同步带张紧轮310固定在所述同步带张紧轮固定轴311上，所述同步带张紧轮310、高扭矩从动同步带轮308和高扭矩主动同步带轮314通过同步带309连接；所述第三丝杠螺母304套装在所述第三滚珠丝杠302上，第三拖动块303的一端与所述第三丝杠螺母304固定连接，第三拖动块303的另一端与前后方向调整装置4固定连接，所述第三滑块305套装在第三直线导轨306上且与所述前后方向调整装置4固定连接；所述第三伺服电机312通过带动高扭矩主动同步带轮314转动，通过同步带带动高扭矩被动同步带轮转动，从而驱动第三滚珠丝杠302转动，第三滚珠丝杠302转动时带动第三丝杠螺母304上下运动，从而带动第三拖动块303上下移动，进而带动前后方向调整装置4沿直线导轨上下移动。第三拖动块303与前后方向调整装置4的第二侧面固定板408固定连接。
所述分级抛光盘装置1包括分级抛光盘步进电机101、分级抛光盘步进电机支撑架102、分级抛光盘步进电机联轴器103、分级抛光盘转动支撑轴承104、分级抛光盘转动支撑轴承固定架105和分级抛光盘106；所述分级抛光盘106下端的转动轴通过分级抛光盘步进电机联轴器103连接分级抛光盘步进电机101，所述转动轴通过分级抛光盘转动支撑轴承104进行支撑，所述分级抛光盘转动支撑轴承104通过分级抛光盘转动支撑轴承固定架105固定在整体机构底部支撑板201上，所述分级抛光盘步进电机101通过分级抛光盘步进电机支撑架102固定在整体机构底部支撑板201上。分级抛光盘转动支撑轴承104对分级抛光盘106起到支撑方便转动的作用。
整个装置在工作时，左右方向调整装置、前后方向调整装置和上下方向调整装置分别经过第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机的调节，进行抛光工件的定位，使工件位姿自适应调整装置底面的抛光工件与抛光工件与分级抛光盘同心，启动分级抛光盘，抛光盘表面轨迹摄像装置对分级抛光盘每一级抛光轨道的表面轨迹形状进行数据采集，为下一位姿的实时调整进行信息准备。然后，调节分级抛光盘、左右方向调整装置、前后方向调整装置和上下方向调整装置，使抛光工件到达分级抛光盘的中心区域，然后调整工件位姿自适应调整装置，使六个高精度调整液压缸的收缩量相同，计为ho，然后再继续调节六个高精度调整液压缸，使抛光工件完全贴合中心区域平面，根据工件位姿自适应调整装置调节的六个高精度调整液压缸的伸缩参数，记录抛光工件表面的形状分布情况；其中六个高精度调整液压缸的伸长长度不相同，分别记为h1、h2、h3、h4、h5和h6，这是由于抛光工件上下表面不平行和上下表面本身不平整造成的，凸起的区域需要压缩高精度调整液压缸，凹陷的区域需要伸长高精度调整液压缸。保持之间抛光工件完全贴合分级抛光盘中心区域平面的姿态，使抛光工件到达抛光盘初始的抛光位置，此时件位姿自适应调整装置维持该位姿不变化，分级抛光盘开始旋转，高精度三维压力传感器测得分级抛光盘在每一级圆周区域的每隔位置的表面位置分布轨迹，也为下一步的位姿实时调整进行信息准备，再结合件位姿自适应调整装置和抛光盘表面轨迹摄像装置测得的相关数据，得出最优化的抛光工件位姿调整装置。
最后，调节调节分级抛光盘、左右方向调整装置、前后方向调整装置和上下方向调整装置，把抛光工件移动到加工初始位置的上方，调整工件位姿自适应调整装置的六个高精度调整液压缸，使六个高精度调整液压缸做出与分级抛光盘表面中心区域的平面完全贴合伸缩状态向相反方向的调整，即假设第一高精度调整液压缸之前是伸长状态，伸长量为(h1-ho)，那目前就要收缩2*(h1-ho)；假设第二高精度调整液压缸之前是收缩状态，其收缩量为(ho-h2)，那么目前就要伸长2*(ho-h2)，其他的高精度调整液压缸也要做出类似的相应的调整。在抛光的过程中，根据最优化的抛光工件位姿调整参数，使六个高精度调整液压缸的伸缩量在调整好的伸缩参数的基础上进行不断调整。
使工件位姿自适应调整装置的六个高精度调整液压缸做一个反方向的变换，是为了确保抛光工件自身的凸起的区域优先与分级抛光盘进行接触，从而使工件的上下表面逐渐平行。然后调节分级抛光盘、左右方向调整装置、前后方向调整装置和上下方向调整装置，使抛光工件移动到加工初始位置，抛光过程中进一步采用高精度三维压力传感器的数据，实时对之前采集的数据进行修正，实时调整六个高精度调整液压缸的伸缩量，真正做到对抛光工件的位姿进行实时调整，从而更好的贴合分级抛光盘表面，做到自适应，提高加工质量。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供工件，并对工件进行上下表面平行度的测量，将工件固定在高精度三维压力传感器前端的工件固定平台上；
2)提供复合弹性分级抛光盘，通过修面工具对分级抛光盘上表面进行修整；
3)通过图像采集分析系统对分级抛光盘表面进行图像采集并产生分级抛光盘表面三维形貌数据，同时通过固定姿态的工件与旋转的分级抛光盘接触，通过高精度三维压力传感器系统采集工件受到的力，并利用该力反求出分级抛光盘表面的形貌特征；
4)综合图像采集分析系统和高精度三维压力传感器系统得到的分级抛光盘的表面形貌数据，规划工件加工时的位姿，生成工件位姿变换数据；根据生成的工件位姿变换数据，通过工件空间位姿控制执行系统控制工件加工时的位置和姿态；工件加工时继续通过高精度三维压力传感器系统检测工件受理情况，并实时修正工件位姿变换信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：所述工件空间位姿控制执行系统包括控制工件空间位置的位置控制系统和控制工件空间姿态的姿态控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：所述分级抛光盘由磨料层、粘结层和弹性基体层组成，磨料层沿径向从外往内由粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光圈组成，不同加工圈采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，以分别适用于粗磨、细磨、精磨和抛光加工。
4.根据权利要求1所述的一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：所述图像采集分析系统包括多个摄像头和图像处理系统，根据多个摄像头采集分级抛光盘表面形貌照片，经过图像处理系统的分析可得到分级抛光盘的三维相貌，生成其表面形貌的相关数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：所述高精度三维压力传感器系统包括高精度三维压力传感器和处理系统，用于实时采集工件受到的沿x、y、z方向的力和沿x、y、z轴的扭矩。
6.根据权利要求1所述的一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，其特征在于：该自适应调整方法使用的基于研磨抛光工件多自由度调整机构包括分级抛光盘装置(1)，用于实现分级抛光盘(106)的固定和转动；抛光盘表面轨迹摄像装置(7)，用于采集分级抛光盘(106)表面的形状轨迹；工件位姿自适应调整装置(6)，用于对工件的空间位姿进行调整以便工件更好的与抛光盘表面贴合；左右方向调整装置(5)，用于固定抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)并带动抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)左右移动；前后方向调整装置(4)，用于带动左右方向调整装置(5)、抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)前后移动；上下方向调整装置(3)，用于带动前后方向调整装置(4)、左右方向调整装置(5)、抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)上下移动；支撑装置(2)，用于支撑上述所有部件；所述工件位姿自适应调整装置(6)包括位姿调整顶部固定板(600)、位姿调整底部固定板(602)、六个高精度调整液压缸(601)和高精度三维压力传感器(603)，高精度三维压力传感器(603)和抛光工件(604)固定在所述位姿调整底部固定板(602)的底部，六个高精度调整液压缸(601)均同向设置且六个高精度调整液压缸(601)的上下两端分别通过万向铰链铰接在位姿调整顶部固定板(600)和位姿调整底部固定板(602)上；所述位姿调整顶部固定板(600)的上端连接左右方向调整装置(5)；所述支撑装置(2)包括整体机构底部支撑板(201)、整体机构竖直梁(202)、整体机构中部支撑板(203)、整体机构竖直支撑板(204)和整体机构顶部支撑板(205)，所述整体机构竖直梁(202)的上下两端分别与整体机构中部支撑板(203)和整体机构底部支撑板(201)固定连接，所述整体机构竖直支撑板(204)的上下两端分别与整体机构顶部支撑板(205)和整体机构中部支撑板(203)固定连接；所述左右方向调整装置(5)包括第一侧面固定板(509)、第一中间支撑板(510)、第一滚珠丝杠(507)、第一丝杠螺母(505)、第一丝杠支撑端轴承座(508)、第一丝杠固定端轴承座(503)、第一伺服电机(500)、第一联轴器(502)、第一伺服电机支撑架(501)、第一直线导轨(511)、第一拖动块(506)和第一滑块(512)，所述第一滚珠丝杠(507)通过第一丝杠支撑端轴承座(508)、第一丝杠固定端轴承座(503)支撑在所述第一中间支撑板(510)上，所述第一滚珠丝杠(507)的一端通过第一联轴器(502)连接第一伺服电机(500)，所述第一伺服电机(500)通过第一伺服电机支撑架(501)固定在第一中间支撑板(510)上；所述第一直线导轨(511)固定在所述第一中间支撑板(510)上的底面上，所述第一滑块(512)套装在第一直线导轨(511)上；所述第一拖动块(506)一端与套装在第一滚珠丝杠(507)上的第一丝杠螺母(505)固定连接，另一端与抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)固定连接；所述第一中间支撑板(510)的左右两侧固定有支撑所述第一中间支撑板(510)的第一侧面固定板(509)；所述第一伺服电机(500)通过第一联轴器(502)带动第一滚珠丝杠(507)转动，从而带动第一丝杠螺母(505)左右移动，进一步带动抛光盘表面轨迹摄像装置(7)和工件位姿自适应调整装置(6)左右移动；所述前后方向调整装置(4)包括第二侧面固定板(408)、第二中间支撑板(409)、第二滚珠丝杠(401)、第二丝杠螺母(403)、第二丝杠支撑端轴承座(400)、第二丝杠固定端轴承座(404)、第二伺服电机(406)、第二联轴器(405)、第二伺服电机支撑架(407)、第二直线导轨(411)、第二滑块(410)和第二拖动块(402)；所述第二滚珠丝杠(401)通过第二丝杠支撑端轴承座(400)、第二丝杠固定端轴承座(404)支撑在所述第二中间支撑板(409)上，所述第二滚珠丝杠(401)的一端通过第二联轴器(405)连接第二伺服电机(406)，所述第二伺服电机(406)通过第二伺服电机支撑架(407)固定在第二中间支撑板(409)上；所述第二中间支撑板(409)的两侧固定有支撑所述第二中间支撑板(409)的第二侧面固定板(408)，所述第二直线导轨(411)固定在第二侧面固定板(408)上，所述第二滑块(410)套装在所述第二直线导轨(411)上，所述第二滑块(410)与左右方向调整装置(5)固定连接；所述第二丝杠螺母(403)套装在所述第二滚珠丝杠(401)上且第二丝杠螺母(403)与第二拖动块(402)固定连接，第二拖动块(402)与左右方向调整装置(5)固定连接；第二伺服电机(406)通过第二联轴器(405)带动第二滚珠丝杠(401)转动，从而带动第二丝杠螺母(403)前后移动，进一步带动第二拖动块(402)和左右方向调整装置(5)沿着第二直线导轨(411)前后移动；所述上下方向调整装置(3)包括第三滚珠丝杠(302)、第三丝杠螺母(304)、第三丝杠支撑端轴承座(301)、第三丝杠固定端轴承座(307)、第三伺服电机(312)、第三伺服电机支撑架(313)、第三直线导轨(306)、第三滑块(305)、第三拖动块(303)、同步带张紧轮(310)、高扭矩从动同步带轮(308)、同步带张紧轮固定轴(311)、高扭矩主动同步带轮(314)和同步带(309)，所述第三滚珠丝杠(302)通过第三丝杠支撑端轴承座(301)、第三丝杠固定端轴承座(307)竖直支撑在所述整体机构竖直支撑板(204)的一侧上，所述整体机构竖直支撑板(204)的另一侧上固定与所述第三滚珠丝杠(302)平行设置的第三直线导轨(306)，所述第三滚珠丝杠(302)的上端固定有高扭矩从动同步带轮(308)，所述第三伺服电机(312)通过第三伺服电机支撑架(313)固定在所述整体机构顶部支撑板(205)的上端，所述第三伺服电机(312)的前端固定高扭矩主动同步带轮(314)，所述整体机构顶部支撑板(205)的上端还固定有同步带张紧轮固定轴(311)，同步带张紧轮(310)固定在所述同步带张紧轮固定轴(311)上，所述同步带张紧轮(310)、高扭矩从动同步带轮(308)和高扭矩主动同步带轮(314)通过同步带(309)连接；所述第三丝杠螺母(304)套装在所述第三滚珠丝杠(302)上，第三拖动块(303)的一端与所述第三丝杠螺母(304)固定连接，第三拖动块(303)的另一端与前后方向调整装置(4)固定连接，所述第三滑块(305)套装在第三直线导轨(306)上且与所述前后方向调整装置(4)固定连接；所述第三伺服电机(312)通过带动高扭矩主动同步带轮(314)转动，通过同步带带动高扭矩被动同步带轮转动，从而驱动第三滚珠丝杠(302)转动，第三滚珠丝杠(302)转动时带动第三丝杠螺母(304)上下运动，从而带动第三拖动块(303)上下移动，进而带动前后方向调整装置(4)沿直线导轨上下移动；所述分级抛光盘装置(1)包括分级抛光盘步进电机(101)、分级抛光盘步进电机支撑架(102)、分级抛光盘步进电机联轴器(103)、分级抛光盘转动支撑轴承(104)、分级抛光盘转动支撑轴承固定架(105)和分级抛光盘(106)；所述分级抛光盘(106)下端的转动轴通过分级抛光盘步进电机联轴器(103)连接分级抛光盘步进电机(101)，所述转动轴通过分级抛光盘转动支撑轴承(104)进行支撑，所述分级抛光盘转动支撑轴承(104)通过分级抛光盘转动支撑轴承固定架(105)固定在整体机构底部支撑板(201)上，所述分级抛光盘步进电机(101)通过分级抛光盘步进电机支撑架(102)固定在整体机构底部支撑板(201)上。
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