CN112171386B

CN112171386B - 基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法

Info

Publication number: CN112171386B
Application number: CN202011018596.XA
Authority: CN
Inventors: 徐学科; 吴伦哲; 吴福林; 张宝安
Original assignee: Hengmai Optical Precision Machinery Hangzhou Co ltd
Current assignee: Hengmai Optical Precision Machinery Hangzhou Co ltd
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2040-09-24
Also published as: CN112171386A

Abstract

一种基于力控机器人抛光系统抛光力调整修形方法。包含力去除函数标定，导入修形面形，计算抛光力分布，生成包含加工路径，抛光力和进给速率的加工文件，并导入力控机器人抛光系统。使用力控机器人抛光系统，通过调整抛光力对加工元件进行修形。本发明可以避免使用驻留时间修形导致加工过程过长，提高加工光学元件的加工效率。

Description

基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法

技术领域

本发明涉及一种基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法。

背景技术

光学元件加工方法可以大致分为两类，一是抛光工具接触面大于加工元件表面的全口径修形方法，二是抛光工具接触面小于加工元件表面的子口径修形方法。

对于子口径抛光方法，主要是通过标定去除函数，在抛光状态不改变的情况下，由于任意位置的去除量与在该位置停留时间(即驻留时间)成正比，所以在元件各处使用不同驻留时间分布达到去除目的。该方式的修形精度与加工时间相关，对于元件面形质量较差的元件(元件面形PV较大)，需要较长的加工时间完成加工，降低了加工效率。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法，使用力控机器人抛光系统，通过调整抛光力的力度对加工光学元件进行修形，以避免使用驻留时间修形导致加工过程过长，提高加工光学元件的加工效率。

本发明的主要思路是：

使用力控机器人抛光系统对抛光过程中的抛光力进行控制、调节；

根据Preston方程，光学加工的过程是压力和速度共同作用的过程，使用力控机器人抛光系统可以在加工中对抛光过程中的抛光力进行控制、调节，从而更好地控制加工过程。

通过调整抛光力对加工元件进行修形；

光学元件的去除量与抛光力成正相关，通过调节抛光力分布，使抛光工具在不同位置以不同的抛光力进行去除，起到调节去除量的作用，从而起到修形目的。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于机器人抛光系统抛光力调整的修形方法。包含力去除函数标定，导入修形面形，计算抛光力分布，生成加工路径。其特征在于使用力控机器人抛光系统，通过调整在加工过程中抛光工具施加在加工元件表面的抛光力进行修形。本发明可以避免使用驻留时间修形导致加工过程过长，提高加工光学元件的加工效率。

一种基于机器人抛光系统抛光力调整的修形方法。其特征在于使用力控机器人抛光系统包括抛光工具、力控系统、工业机器人。

利用力控机器人抛光系统对光学元件进行抛光修形的方法，特征在于该方法包括如下步骤：

第一步：利用力控机器人抛光系统，以抛光力F₁、F₂、F₃、…、F_K在恒定进给速率V_const下，在样片上加工K条沟槽，且F₁＜F₂＜F₃＜…＜F_K，K>10；

通过干涉仪测量K条沟槽的深度，得到不同抛光力下，不同坐标的去除体积V₁(x)、V₂(x)、V₃(x)、…、V_K(x)；

第二步：计算不同抛光力F₁、F₂、F₃、…、F_K的去除函数IF₁、IF₂、IF₃、…、IF_K，去除函数为抛光工具与工件接触时，在一定抛光力的作用下，单位时间内，抛光工具在工件表面的去除体积分布，去除函数的计算公式如下：

设抛光力为F_i(i∈1～K)，相应的去除函数为IF_i(x)(i∈1～K)；

1)V_i′(x)＝V_i(x)，初始去除函数设定为零，即IF_i(x)＝0，

2)

3)

4)如果

则导出结果IF_i(x)，否则代入2)，其中，α为迭代系数，一般取10，V_const为恒定进给速率；

第三步：设定实际加工的抛光力F范围，F_a＜F＜F_b，其中F_a＞F₁，F_b＜F_K，设定抛光力的间隔ΔF(ΔF＜1N且ΔF＞0.01N)，并以ΔF为差，建立抛光力等差数列F_a、……、F_b；

第四步：使用插值算法计算不同抛光力F_a、……、F_b下的去除函数IF_a、……、IF_b，由上述方式建立卷积去除函数IF，即抛光力F_a下的去除函数IF_a，以及抛光力F_a+1、……、F_b下的去除函数增量ΔIF_a+1、……、ΔIF_b；

第五步：使用干涉仪测试加工面形结果并离散化，得到不同位置x，y处的面形误差S(x,y)，其中x∈1～L、y∈1～M，L、M为加工曲面投影x，y两个方向离散点总数，采用下述方式计算实际加工抛光力分布F(x,y)：

1)S′(x,y)＝S(x,y)，初始抛光力设定为0，即F(x,y)＝0

2)F(x,y)＝F(x,y)+S′(x,y)/β

3)S′(x,y)＝S(x,y)-IF*F(x,y)

4)如果

则导出计算结果F(x,y)，否则带入2)继续计算，其中，IF*F(x,y)采用下述方法计算：

5)根据离散不同位置x，y上的抛光力F(x,y)，得到不同位置处上采用F(x,y)，对所有位置上的去除量h(F(x,y))；

6)将所有位置的去除量h(F(x,y))根据位置x，y进行累加，累加结果即IF*F(x,y)；

采用上述方式得到实际抛光力分布F(x,y)，根据坐标x，y和抛光力F(x,y)和恒定进给速率V_const，建立加工代码，并导入工业机器人(3)；

第六步：启动所述抛光工具(1)，启动所述的工业机器人(3)，在加工元件表面滴加抛光液，进行抛光。

第七步：关闭所述抛光工具(1)，关闭所述的工业机器人(3)，清洁加工元件，完成抛光。

本发明专利的优点是：

本发明特别适用于光学元件的加工过程，可以避免使用驻留时间修形导致加工过程过长，提高加工光学元件的加工效率。

附图说明

图1为基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法流程图；

图2为力控机器人抛光系统的结构示意图；

图中：1-抛光工具；2-力控系统；3-工业机器人；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参阅图1，图1为基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法流程图。

参阅图2，所述的力控机器人抛光系统，包括抛光工具1、力控系统2、工业机器人3。

本发明基于机器人抛光系统抛光力调整修形方法，包括如下步骤：

第一步：使用K(K＞10)个抛光力F₁、F₂、F₃、…、F_K(F₁＜F₂＜F₃＜…＜F_K)，使用力控机器人抛光系统在恒定进给速率V_const在样片上加工出K条沟槽。

第二步：使用干涉仪分别测量K条沟槽深度，并确定中心，得到不同抛光力下的去除体积V₁(x)、V₂(x)、V₃(x)、…、V_K(x)。离散数据并计算实际去除函数，对于抛光力F_i(i∈1～K)。可以使用下述迭代方法计算去除函数IF_i(x)(i∈1～K)：

1)V_i′(x)＝V_i(x)，初始去除函数设定为零，即IF_i(x)＝0，

2)IF_i(x)＝IF_i(x)+V_i′(x)/(V_const·α)

3)

4)如果

则导出计算结果IF_i(x)，否则带入2)继续计算，其中，α为迭代系数，一般可以取10。根据上述算法，得到不同抛光力F₁、F₂、F₃、…、F_K的去除函数IF₁、IF₂、IF₃、…、IF_K，

第三步：设定实际加工的抛光力F范围，F_a＜F＜F_b。其中F_a＞F₁，F_b＜F_K。设定抛光力间隔ΔF(ΔF＜1N且ΔF＞0.01N)，并以ΔF为差建立抛光力等差数列F_a、……、F_b；

第四步：使用插值算法计算不同抛光力F_a、……、F_b下的去除函数IF_a、……、IF_b

第五步：测试加工面形结果并离散化得到S(x,y)，其中x∈1～L、y∈1～M，L、M为正整数，采用下述方式计算实际加工抛光力分布F(x,y)：

1)S′(x,y)＝S(x,y)，初始抛光力设定为0，即F(x,y)＝0

2)F(x,y)＝F(x,y)+S′(x,y)/β

3)S′(x,y)＝S(x,y)-V(x,F)*F(x,y)

4)如果

则导出计算结果F(x,y)，否则带入2)继续计算

采用上述方式得到实际抛光力分布F(x,y)，得到加工路径并导入工业机器人3；

第六步：启动所述抛光工具1，启动所述的工业机器人3，在加工元件表面滴加抛光液，进行抛光；

第七步：关闭所述抛光工具1，关闭所述的工业机器人3，清洁加工元件，完成抛光。

实验表明，本发明可以避免使用驻留时间修形导致加工过程过长，提高加工光学元件的加工效率。

Claims

1.一种基于力控机器人抛光系统抛光力调整修形方法，利用力控机器人抛光系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：

通过干涉仪测量K条沟槽的深度，得到不同抛光力下不同坐标的去除体积V₁(x)、V₂(x)、V₃(x)、…、V_K(x)；

设抛光力F_i(i∈1～K)，去除函数IF_i(x)(i∈1～K)；

1)V_i′(x)＝V_i(x)，初始去除函数设定为零，即IF_i(x)＝0，

2)

3)

4)如果

则导出结果IF_i(x)，否则代入2)；

其中，α为迭代系数，一般取10，V_const为恒定进给速率；

第三步：设定实际加工的抛光力F范围，F_a＜F＜F_b，其中F_a＞F₁，F_b＜F_K，设定抛光力间隔ΔF(ΔF＜1N且ΔF＞0.01N)，并以ΔF为差，建立抛光力等差数列F_a、……、F_b；

第五步：使用干涉仪测试加工面形结果并离散化得到不同位置x，y处的面形误差S(x,y)，其中x∈1～L、y∈1～M；L、M为加工曲面投影x，y两个方向离散点总数，加工过程中，工具将遍历加工元件上所有点，根据加工点已知位置，每个点施加的抛光力和在该点运动的进给速率，可以生成加工文件，其中加工过程中采用恒定进给速率V_const，采用下述方式计算实际加工抛光力分布F(x,y)：

1)S′(x,y)＝S(x,y)，初始抛光力设定为0，即F(x,y)＝0

2)F(x,y)＝F(x,y)+S′(x,y)/β

3)S′(x,y)＝S(x,y)-IF*F(x,y)

4)如果

则导出计算结果F(x,y)，否则带入2)继续计算

其中，IF*F(x,y)采用下述方法计算：

1)根据离散不同位置x，y上的抛光力F(x,y)，得到所有位置上的去除量h(F(x,y))；

2)将所有位置的去除量h(F(x,y))根据位置x，y进行累加，累加结果即IF*F(x,y)

采用上述方式得到实际抛光力分布F(x,y)，根据坐标x，y和抛光力F(x,y)和恒定进给速率V_const，生成包含加工路径，抛光力和进给速率的加工文件，并导入工业机器人(3)；

第六步：启动所述的抛光工具(1)，启动所述的工业机器人(3)，在加工元件表面滴加抛光液，进行抛光；

第七步：关闭所述的抛光工具(1)，关闭所述的工业机器人(3)，清洁加工元件，完成抛光。