CN114393448B - 一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法 - Google Patents

一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法涉及光学制造技术领域，解决了磁流变机器人抛光设备不能达到磁流变抛光技术高精度加工时对轨迹精度要求的问题，包括：获得靶球坐标和抛光轮最低点坐标之间的转换关系；空载条件下运行第1理论加工轨迹得到第1加工轨迹，对第1理论加工轨迹补偿得到更新后的第1加工轨迹；第1加工轨迹作为第2理论加工轨迹，并在带载条件下运行得到第2加工轨迹，对第2理论加工轨迹补偿得到更新后的第2加工轨迹；第2加工轨迹作为第3理论加工轨迹，并在加工过程时运行得到第3加工轨迹，对第3理论加工轨迹补偿得到更新后的第3加工轨迹。本发明提升了磁流变机器人抛光设备的轨迹精度。

Description

一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法
技术领域
本发明涉及光学制造技术领域，具体涉及一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法。
背景技术
磁流变抛光(Magnetorheological Finishing，MRF)是近年来发展起来的一种先进光学制造技术，其具有去除函数稳定、边缘效应可控、下表面破坏层小、无复印效应、修形能力强及加工精度高等诸多优点。因此，磁流变抛光技术在高精度光学加工中得到了广泛的关注。现有的磁流变抛光加工中心主要是将磁流变抛光模块集成于数控机床上，但数控机床存在一些不足(如自由度低、占地面积大、成本高等)限制了非球面的偏离量，难以沿曲面法线进行精确的位姿控制等。针对数控机床的这些不足，科研人员在近几年将六自由度工业机器人引入了光学加工领域，六自由度工业机器人具有自由度高、占地面积小、加工范围大、成本低等优点，弥补了数控机床的不足，因此将磁流变抛光模块集成于工业机器人时，从理论上可以实现大口径复杂曲面光学元件的高精度加工，但由于加工、装配、负载、轨迹规划以及减速比等因素的影响，导致机器人轨迹精度较低，同时磁流变抛光技术是一种去除函数确定性高的光学加工技术，在抛光过程中对轨迹精度要求较高，一般磁流变数控加工中心的轨迹误差在几十微米(PV<0.1mm)，而常见的商用机器人轨迹精度一般在亚毫米到毫米量级，并不能达到磁流变抛光技术在高精度抛光时对轨迹精度的要求。
目前对机器人轨迹误差的补偿方法主要为模型标定法，利用该方法对机器人轨迹误差进行标定后，可以有效提升机器人的轨迹精度，使得机器人满足许多工作场景的应用，例如焊接和搬运等，但该标定方法对大型机器人的补偿精度只能达到亚毫米的量级(PV>0.1mm)，对于磁流变抛光技术而言，亚毫米量级的轨迹精度并不能达到高精度加工要求，同时磁流变抛光模块在工作时也会对机器人本体的轨迹精度产生影响，而模型标定法并不具备对该部分误差的补偿能力。所以目前采用的模型标定法对磁流变机器人抛光设备轨迹误差的补偿精度并不能达到磁流变抛光技术对轨迹精度的要求。
对机器人轨迹误差的补偿方法中的传统非模型法只针对机器人本体轨迹误差进行补偿，不能对磁流变抛光模块引起的轨迹误差进行补偿；而且补偿精度低，达不到磁流变抛光技术对轨迹精度的要求。
针对目前机器人轨迹精度较低、模型标定法存在的不足和传统非模型法存在的不足，本发明在传统非模型法的基础上进行改进，提出了一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法。
发明内容
为了解决磁流变机器人抛光设备不能达到磁流变抛光技术在高精度加工时对轨迹精度要求的问题，本发明提供一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，包括如下步骤：
步骤一、获得第一靶球坐标和抛光轮最低点坐标之间的转换关系；
步骤二、获得磁流变机器人抛光设备的第1理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备空载条件下运行第1理论加工轨迹得到实际运行的第1加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第1加工轨迹坐标，根据第1理论加工轨迹、第1加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第1理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第1加工轨迹；
步骤三、根据步骤二得到的第1加工轨迹作为第2理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备带载条件下运行第2理论加工轨迹得到实际运行的第2加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第2加工轨迹坐标，根据第2理论加工轨迹、第2加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第2理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第2加工轨迹；
步骤四、根据步骤三得到的第2加工轨迹作为第3理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行第3理论加工轨迹得到实际运行的第3加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第3加工轨迹坐标，根据第3理论加工轨迹、第3加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第3理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第3加工轨迹。
本发明的有益效果是：
本发明一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法在传统非模型法的基础上进行改进，利用激光跟踪仪完成磁流变机器人空载、带载以及加工过程这三级轨迹误差的高精度测量，逐渐提升轨迹精度，保证在加工前轨迹精度可以初步满足要求，并在加工过程中对轨迹误差进行实时测量，实现在加工过程中轨迹误差的高精度补偿，提升大型磁流变机器人抛光设备的轨迹精度，达到磁流变抛光技术高精度加工时对轨迹精度的要求，填补了机器人在高精度光学加工领域应用的空白，证明大型磁流变机器人抛光设备具备高精度加工的能力。本发明的方法不仅仅局限于磁流变机器人抛光设备轨迹精度的提升，也适用于其他机器人与数控加工机床等设备轨迹精度的提升。
附图说明
图1为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的磁流变机器人轨迹误差测量整体结构简图。
图2为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的流程图。
图3为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的抛光轮最低点间接测量示意图。
图4为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的未补偿时第1轨迹误差。
图5为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的补偿后的第1轨迹误差。
图6为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的补偿后的第2轨迹误差。
图7为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的补偿后的第3轨迹误差。
图8为本发明的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的加工前后光学元件表面精度。
图中：1、激光跟踪仪，2、磁流变抛光模块，3、抛光轮，4、过渡板，5、第一靶球，6、工业机器人，7、基台，8、光学元件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法涉及到轨迹误差测量系统，利用激光跟踪仪1搭建磁流变机器人抛光设备轨迹误差测量系统，测量系统包括六自由度工业机器人6、磁流变抛光模块2和激光跟踪仪1，还包括用于放置待抛光光学元件8的基台7，如图1，磁流变抛光模块2位于基台7上方。磁流变抛光模块2通过过渡板4集成在工业机器人6上，磁流变抛光模块2连接过渡板4，过渡板4连接工业机器人6的机械臂，也就是安装在机械臂末端，第一靶球5放置在过渡板4上(但不限定位于过渡板4上的具体位置)，过渡板4连接抛光轮3，通过抛光轮3最低点也经过抛光轮3中心点的直线垂直于过渡板4板面(上表面和下表面)，且该直线经过过渡板4板面，通常为该直线经过过渡板4板面上的中心点。一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法的流程如图2所示。
磁流变机器人抛光设备的空载条件指的是六自由度工业机器人6运转但磁流变抛光模块2不运转；磁流变机器人抛光设备的带载条件指的是六自由度工业机器人6和磁流变抛光模块2都运转，但磁流变抛光模块2不对光学元件8进行抛光；磁流变机器人抛光设备的加工过程指的是磁流变机器人抛光设备对光学元件8进行加工，也就是六自由度工业机器人6和磁流变抛光模块2都运转，且磁流变抛光模块2对光学元件8进行抛光。
步骤一、获得第一靶球5坐标和抛光轮3最低点坐标之间的转换关系，即获得转换公式。
基于激光跟踪仪1的测量环境建立激光跟踪仪1测量坐标系，并将该测量坐标系作为磁流变机器人抛光设备轨迹误差测量的基准坐标系。由于磁流变抛光模块2安装在工业机器人6末端，磁流变抛光模块2中抛光轮3最低点的轨迹精度代表着抛光设备的轨迹精度，但抛光轮3最低点的轨迹精度无法直接测量，因此本发明设计了间接测量抛光轮3最低点轨迹精度的方法，如图3所示，将第一靶球5放置在抛光轮3上方的过渡板4上，由于第一靶球5与抛光轮3最低点之间的距离相对固定，可以通过激光跟踪仪1建立第一靶球5与抛光轮3最低点之间的转换关系，具体步骤如下：在基准坐标系下首先通过激光跟踪仪1测量出过渡板4的N种姿态时过渡板4上表面上最少三个点的坐标，N为大于等于12的整数，每种姿态均测量过渡板4上表面上至少三点坐标，通常测量的均为过渡板4上表面上的坐标，通过一个姿态下的这最少三点坐标可以计算出该姿态时所对应的过渡板4平面方程，同时对于每一个过渡板4姿态，将第二靶球放在抛光轮3球面上至少10个不同的地方，同时激光跟踪仪1采集第二靶球的坐标，根据第二靶球的坐标利用激光跟踪仪1的拟合球功能测量在过渡板4对应的姿态时的抛光轮3中心点坐标，因为过渡板4上表面的某一条法线(称为法线L)能够通过抛光轮3中心点并通过抛光轮3最低点，而抛光轮3最低点与中心点之间距离为固定值，即抛光轮3球体半径R，所以在法线L上一点到另一点距离与方向确定，在不同姿态时均可以求出对应的抛光轮3最低点坐标，然后通过最小二乘法确定过渡板4上第一靶球5坐标与抛光轮3最低点之间的转换关系，二者之间的转换公式如(1)：
W＝T·A (1)
其中A表示第一靶球5坐标，W表示抛光轮3最低点坐标，T表示第一靶球5坐标与抛光轮3最低点坐标之间的转换矩阵，也就是只需要测量过渡板4上第一靶球5的坐标，根据第一靶球5轨迹再通过公式(1)转换即可确定磁流变抛光模块2的抛光轮3最低点的轨迹。那么已知第一靶球5的(第j)加工轨迹坐标根据公式(1)能够得到抛光轮3最低点的(第j)加工轨迹坐标。
上述激光跟踪仪1连接计算机，第一靶球5、第二靶球和计算机作为激光跟踪仪1的配套设备。计算机用于接收激光跟踪仪1测量第一靶球5空间位置的结果(即第一靶球5的第j加工轨迹坐标)以及用于接收与拟合激光跟踪仪1在步骤一测量抛光轮3球面各点数据(即接收第二靶球的坐标并根据第二靶球的坐标拟合抛光轮3中心点坐标)。
步骤二、获得磁流变机器人抛光设备的第1加工轨迹误差。在磁流变机器人抛光设备空载条件下运行第1理论加工轨迹，运行该第1理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备运行时的实际轨迹，称为第1加工轨迹，激光跟踪仪1测量第一靶球5的第1加工轨迹坐标，根据第1理论加工轨迹、第一靶球5的第1加工轨迹坐标、步骤一的转换关系计算抛光轮3最低点的第1加工轨迹误差及其轨迹误差补偿值，根据第1加工轨迹误差补偿值补偿第1理论加工轨迹得到更新后的第1加工轨迹。
第1理论加工轨迹为基于待加工光学元件8的理论面形所设计的理论加工轨迹，第1加工轨迹为磁流变机器人抛光设备根据第1理论加工轨迹空载条件下运行的实际轨迹。
S2.1、根据磁流变机器人抛光设备的第1理论加工轨迹能够得知抛光轮3最低点的第1理论轨迹坐标(x′1i,y′1i,z′1i)。在磁流变机器人抛光设备空载条件下运行第1理论加工轨迹，运行该第1理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备实际运行时的第1加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备运行时，激光跟踪仪1多次(n1次，n1为大于2的整数)测量第一靶球5的第1加工轨迹坐标，根据第一靶球5的第1加工轨迹坐标利用步骤一得到的公式计算抛光轮3最低点的第1加工轨迹坐标(x1i,y1i,z1i)，进行S2.2；
S2.2、根据抛光轮3最低点的第1理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第1加工轨迹坐标，计算抛光轮3最低点的第1加工轨迹误差和计算抛光轮3最低点的第1加工轨迹的轨迹误差的补偿值。具体通过轨迹误差模型实现此计算。采用公式(2)，基于抛光轮3最低点的第1理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第1加工轨迹坐标再利用轨迹误差模型得到抛光轮3最低点的第1加工轨迹的轨迹误差(Δx1i,Δy1i,Δz1i)，即得到抛光轮3最低点的第1加工轨迹误差的补偿值(-Δx1i,-Δy1i,-Δz1i)。
S2.3、判断抛光轮3最低点的第1加工轨迹误差是否满足预设的第1加工轨迹精度要求，若满足则进行步骤三，否则利用抛光轮3最低点的第1加工轨迹误差补偿值修正第1理论加工轨迹，也就是对第1加工轨迹误差进行了补偿，以修正后的第1理论加工轨迹更新第1理论加工轨迹，返回S2.1，即以修正后的第1理论加工轨迹作为S2.1的第1理论加工轨迹重新执行S2.1至S2.3。
步骤三、将步骤二最终得到的第1加工轨迹作为第2理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备带载过程时运行第2理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备带载条件下运行该第2理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备运行时的实际轨迹，称为第2加工轨迹，激光跟踪仪1测量第一靶球5的第2加工轨迹坐标，根据第2理论加工轨迹、第一靶球5的第2加工轨迹坐标、步骤一的转换关系计算抛光轮3最低点的第2加工轨迹误差及其轨迹误差补偿值，根据第2加工轨迹误差补偿值补偿(即修正)第2理论加工轨迹得到更新后的第2加工轨迹。
S3.1、根据磁流变机器人抛光设备的第2理论加工轨迹能够得知抛光轮3最低点的第2理论轨迹坐标(x′2i,y′2i,z′2i)。在磁流变机器人抛光设备带载条件下运行第2理论加工轨迹，运行该第2理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备运行时的第2加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备运行时，激光跟踪仪1多次(n1次，n1为大于2的整数)测量第一靶球5的第2加工轨迹坐标，根据第一靶球5的第2加工轨迹坐标利用步骤一得到的公式计算抛光轮3最低点的第2加工轨迹坐标(x2i,y2i,z2i)，进行S3.2；
S3.2、根据抛光轮3最低点的第2理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第2加工轨迹坐标，计算抛光轮3最低点的第2加工轨迹误差和计算抛光轮3最低点的第2加工轨迹的轨迹误差的补偿值。具体通过轨迹误差模型实现此计算。采用公式(2)，基于抛光轮3最低点的第2理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第2加工轨迹坐标再利用轨迹误差模型得到抛光轮3最低点的第2加工轨迹的轨迹误差(Δx2i,Δy2i,Δz2i)，即得到抛光轮3最低点的第2加工轨迹误差的补偿值(-Δx2i,-Δy2i,-Δz2i)。
S3.3、判断抛光轮3最低点的第2加工轨迹误差是否满足预设的第2加工轨迹精度要求，若满足则进行步骤四，否则利用抛光轮3最低点的第2加工轨迹误差补偿值修正第2理论加工轨迹，也就是对第2加工轨迹误差进行了补偿，以修正后的第2理论加工轨迹更新第2理论加工轨迹，返回S3.1，即以修正后的第2理论加工轨迹作为S3.1的第2理论加工轨迹重新执行S3.1至S3.3。
步骤四、将步骤三最终得到的第2加工轨迹作为第3理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行第3理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行该第3理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备运行时的实际轨迹，称为第3加工轨迹，激光跟踪仪1测量第一靶球5的第3加工轨迹坐标，根据第3理论加工轨迹、第一靶球5的第3加工轨迹坐标、步骤一的转换关系计算抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差及其轨迹误差补偿值，根据第3加工轨迹误差补偿值补偿第3理论加工轨迹得到更新后的第3加工轨迹。
S4.1、根据磁流变机器人抛光设备的第3理论加工轨迹能够得知抛光轮3最低点的第3理论轨迹坐标(x′3i,y′3i,z′3i)。在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行第3理论加工轨迹，运行该第3理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备运行时的第3加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备运行时，激光跟踪仪1多次(n1次，n1为大于2的整数)测量第一靶球5的第3加工轨迹坐标，根据第一靶球5的第3加工轨迹坐标利用步骤一得到的公式计算抛光轮3最低点的第3加工轨迹坐标(x3i,y3i,z3i)，进行S4.2；
S4.2、根据抛光轮3最低点的第3理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第3加工轨迹坐标，计算抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差和计算抛光轮3最低点的第3加工轨迹的轨迹误差的补偿值。具体通过轨迹误差模型实现此计算。采用公式(2)，基于抛光轮3最低点的第3理论轨迹坐标和抛光轮3最低点的第3加工轨迹坐标再利用轨迹误差模型得到抛光轮3最低点的第3加工轨迹的轨迹误差(Δx3i,Δy3i,Δz3i)，即得到抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差的补偿值(-Δx3i,-Δy3i,-Δz3i)。
S4.3、判断抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差是否满足预设的第3加工轨迹精度要求，若满足预设的第3加工轨迹精度要求则以此时最新的第3加工轨迹作为磁流变机器人抛光设备的最终实际加工轨迹，即以此时最新的第3理论加工轨迹作为磁流变机器人抛光设备的最终理论加工轨迹，磁流变机器人抛光设备轨迹精度调整完成；否则利用抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差补偿值修正第3理论加工轨迹，也就是对第3加工轨迹误差进行了补偿，以修正后的第3理论加工轨迹更新第3理论加工轨迹，返回S4.1，即以修正后的第3理论加工轨迹作为S4.1的第3理论加工轨迹重新执行S4.1至S4.3。
利用激光跟踪仪1的自动测量功能的基于距离模式测量第一靶球5的坐标，步骤二至步骤四中采用同一个补充模型，但步骤二、步骤三和步骤四中激光跟踪仪1测量第一靶球5的实际坐标的次数不要求相等，轨迹误差模型为
其中，i＝1,2,3,…,n，n表示激光跟踪仪1测量第一靶球5的第j加工轨迹坐标总次数，也就是n是第一靶球5的第j加工轨迹坐标的总个数，n是抛光轮3最低点的第j加工轨迹误差的总个数，n是抛光轮3最低点的第j加工轨迹误差补偿值的总个数，i对应激光跟踪仪1测量得到的第i个第一靶球5的第j加工轨迹坐标、对应第i个抛光轮3最低点的第j加工轨迹误差、对应第i个抛光轮3最低点的第j加工轨迹误差补偿值；j＝1,2,3，j表示轨迹误差的级次，j＝1对应步骤二即对应第1理论加工轨迹，也就是对应第1加工轨迹，j＝2对应步骤三即对应第2理论加工轨迹，也就是对应第2加工轨迹，j＝3对应步骤四即对应第1理论加工轨迹，也就是对应第3加工轨迹，(xji,yji,zji)表示基准坐标系的第i个抛光轮3最低点的第j加工轨迹坐标，(x′ji,y′ji,z′ji)表示基准坐标系的第i个抛光轮3最低点的第j理论轨迹坐标，(Δxji,Δyji,Δzji)表示基准坐标系的第i个抛光轮3最低点的第j加工轨迹的轨迹误差。
对于S2.2轨迹误差模型具体为：
即n取n1。
对于S3.2轨迹误差模型具体为：
即n取n2。
对于S4.2轨迹误差模型具体为：
即n取n3。
磁流变机器人抛光设备空载时且未补偿时抛光轮3最低点的第1加工轨迹的轨迹误差的结果如图4，色度条表示误差量(图5至图7中色度条含义相同)，单位为mm，其Z方向轨迹误差为PV＝0.34mm，X-Y-Z方向综合轨迹误差RMS约为0.6mm，不符合高精度加工对轨迹精度的要求。PV和RMS表示面形精度，PV为最大差别值，RMS为均方根值。步骤二得到的抛光轮3最低点的第1加工轨迹的轨迹误差的测量结果如图5，其Z方向轨迹误差PV＝0.086mm<0.1mm，X-Y-Z方向综合轨迹误差小于0.1732mm，符合高精度加工对轨迹精度的要求。
然后在磁流变机器人抛光设备带载情况下完成步骤三抛光轮3最低点的第2加工轨迹的轨迹误差，基于所建立的轨迹误差模型得到第2加工轨迹的轨迹误差并获得第2加工轨迹误差的补偿值。对第2加工轨迹的轨迹误差进行多次测量与迭代补偿，使得第2加工轨迹的轨迹误差符合要求，步骤三得到的补偿后的抛光轮3最低点的第2加工轨迹的轨迹误差的测量结果如图6，Z方向轨迹误差PV＝0.092mm<0.1mm，X-Y-Z方向综合误差小于0.1732mm，符合高精度加工对轨迹精度的要求。补偿后的第2加工轨迹精度比第1加工轨迹精度稍差主要是由于在带载情况下磁流变模块运行时的扰动引起的。
最后进行步骤四利用第3理论加工轨迹进行高精度的加工验证。在加工的同时，对磁流变机器人抛光设备的轨迹误差进行抛光轮3最低点的第1加工轨迹的轨迹误差的测量，基于所建立的轨迹误差模型得到第3加工轨迹误差并获得第3加工轨迹误差的补偿值。随着对光学元件8的多次加工，完成对抛光轮3最低点的第3加工轨迹误差的多次测量与迭代补偿，提升磁流变机器人抛光设备轨迹精度，使得磁流变机器人抛光设备达到高精度加工能力，步骤四得到的补偿后的抛光轮3最低点的第3加工轨迹的轨迹误差的测量结果如图7，Z方向轨迹误差PV＝0.099mm，综合轨迹误差小于0.1732mm，表明在加工过程中轨迹精度仍然符合高精度对轨迹精度的需求。
加工前后结果如图8所示，图8(a)为加工前光学元件8表面精度，图8(b)加工后光学元件8表面精度，其中的wave表示波长λ表示并且λ＝632.8nm，Power表示像差的Power值，加工前光学元件8表面精度RMS＝0.032λ，加工后光学元件8表面精度RMS＝0.01277λ，加工后的光学元件8表面精度得到了显著的提升，证明该方法可以有效提升磁流变机器人抛光设备的轨迹精度，并且补偿后的轨迹精度符合高精度加工的需求，可以实现高精度的加工。
从上述操作步骤可以看出，第一靶球5摆放位置相对自由，不需要放在机器人法兰盘中心，可以在加载工具的情况下进行带载在线测量；激光跟踪仪1本体摆放位置不受空间限制，保证测量以及补偿后的结果更贴合实际应用情况；通过间接测量的方式，可以在加载磁流变抛光模块2的情况下完成对抛光轮3最低点的测量，实现对磁流变抛光模块2轨迹误差的准确获取，同时该测量方法的测量结果可以反映磁流变抛光模块2在实际应用时的轨迹精度。在工业机器人6运行时可以保持磁流变抛光模块2中抛光轮3最低点位姿的准确性；激光跟踪仪1是一种高精度非接触式测量设备，利用激光跟踪仪1完成磁流变机器人多级(空载、带载以及加工过程)轨迹误差的高精度测量与迭代补偿，逐渐提升轨迹精度，保证在加工前轨迹精度可以初步满足要求，并在加工过程中对轨迹误差进行实时测量，实现在加工过程中轨迹误差的高精度补偿与监测。
本发明在传统非模型法的基础上进行改进，提出了一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，通过对磁流变机器人抛光设备轨迹误差的多次测量与补偿，提升大型磁流变机器人抛光设备的轨迹精度，达到磁流变抛光技术高精度加工时对轨迹精度的要求，填补了机器人在高精度光学加工领域应用的空白，证明大型磁流变机器人抛光设备具备高精度加工的能力。本发明的方法不仅仅局限于磁流变机器人抛光设备轨迹精度的提升，也适用于其他机器人与数控加工机床等设备轨迹精度的提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获得第一靶球坐标和抛光轮最低点坐标之间的转换关系；
步骤二、获得磁流变机器人抛光设备的第1理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备空载条件下运行第1理论加工轨迹得到实际运行的第1加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第1加工轨迹坐标，根据第1理论加工轨迹、第1加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第1理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第1加工轨迹；
步骤三、根据步骤二得到的第1加工轨迹作为第2理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备带载条件下运行第2理论加工轨迹得到实际运行的第2加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第2加工轨迹坐标，根据第2理论加工轨迹、第2加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第2理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第2加工轨迹；
步骤四、根据步骤三得到的第2加工轨迹作为第3理论加工轨迹，在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行第3理论加工轨迹得到实际运行的第3加工轨迹，激光跟踪仪测量第一靶球的第3加工轨迹坐标，根据第3理论加工轨迹、第3加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第3理论加工轨迹进行补偿，得到更新后的第3加工轨迹；
所述步骤一中所述第一靶球放置在过渡板上，磁流变抛光模块的抛光轮的最低点和中心点所确定的直线垂直于过渡板板面；所述步骤一的具体过程为：
S1.1、建立激光跟踪仪的测量坐标系，测量坐标系作为磁流变机器人抛光设备轨迹误差测量的基准坐标系，在基准坐标系下通过激光跟踪仪测量出过渡板多种姿态分别对应的过渡板上表面上点的坐标，并根据过渡板上表面上点的坐标计算出所对应姿态时所对应的过渡板上表面的平面方程，对于每一个过渡板姿态，根据抛光轮球面上的坐标利用激光跟踪仪拟合球功能测量抛光轮中心点坐标；
S1.2、根据抛光轮中心点坐标和抛光轮球体半径，求出不同姿态分别对应的抛光轮最低点坐标，根据第一靶球坐标与抛光轮最低点坐标求出第一靶球坐标与抛光轮最低点坐标之间的转换公式；
所述步骤一之前还包括搭建磁流变机器人抛光设备轨迹误差测量系统的步骤，所述测量系统包括六自由度工业机器人、磁流变抛光模块、激光跟踪仪和用于放置待抛光光学元件的基台；磁流变抛光模块通过过渡板集成在工业机器人上，过渡板连接抛光轮，磁流变抛光模块位于基台上方；
所述直线经过过渡板板面上的中心点；
所述根据第1理论加工轨迹、第1加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第1理论加工轨迹进行补偿；所述根据第2理论加工轨迹、第2加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第2理论加工轨迹进行补偿；以及所述根据第3理论加工轨迹、第3加工轨迹坐标和步骤一的转换关系对第3理论加工轨迹进行补偿，均采用同一个轨迹误差模型，所述轨迹误差模型为：
其中，n表示激光跟踪仪测量第一靶球的第j加工轨迹的总次数，第一靶球的第j实际坐标的总个数、抛光轮最低点的第j理论轨迹误差的总个数和抛光轮最低点的第j轨迹误差的总个数均为n个，i＝1，2，3，...，n；j＝1，2，3；(xji，yji，zji)表示第i个抛光轮最低点的第j加工轨迹误差，(x′ji，y′ji，z′ji)表示第i个抛光轮最低点的第j理论轨迹坐标，(x′ji，y′ji，z′ji)根据第j理论加工轨迹获得，(Δxji，Δyji，Δzji)表示第i个抛光轮最低点的第j加工轨迹误差。
2.如权利要求1所述的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，所述磁流变机器人抛光设备的空载条件为六自由度工业机器人运转但磁流变抛光模块不运转；磁流变机器人抛光设备的带载条件为六自由度工业机器人和磁流变抛光模块都运转，但磁流变抛光模块不对光学元件进行抛光；磁流变机器人抛光设备的加工过程为磁流变机器人抛光设备对光学元件进行加工。
3.如权利要求1所述的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，所述步骤二具体过程为：
S2.1、根据磁流变机器人抛光设备的第1理论加工轨迹得知抛光轮最低点的第1理论轨迹坐标(x′1i，y′1i，z′1i)，在磁流变机器人抛光设备空载过程时运行第1理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备实际运行时的第1加工轨迹，激光跟踪仪多次测量第一靶球的第1加工轨迹坐标，根据第一靶球的第1加工轨迹坐标利用步骤一得到的转换关系计算抛光轮最低点的第1加工轨迹坐标(x1i，y1i，z1i)，进行S2.2；
S2.2、根据抛光轮最低点的第1理论轨迹坐标和抛光轮最低点的第1加工轨迹坐标，计算抛光轮最低点的第1加工轨迹误差的补偿值和计算抛光轮最低点的第1加工轨迹的轨迹误差；
S2.3、判断抛光轮最低点的第1加工轨迹误差是否满足预设的第1加工轨迹精度要求，若满足则进行步骤三，否则利用抛光轮最低点的第1加工轨迹误差补偿值修正第1理论加工轨迹，以修正后的第1理论加工轨迹作为S2.1的第1理论加工轨迹返回S2.1。
4.如权利要求3所述的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，所述第1理论加工轨迹为基于待加工光学元件的理论面形所设计的理论加工轨迹。
5.如权利要求1所述的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，所述步骤三具体过程为：
S3.1、根据磁流变机器人抛光设备的第2理论加工轨迹能够得知抛光轮最低点的第2理论轨迹坐标(x′2i，y′2i，z′2i)，在磁流变机器人抛光设备带载过程时运行第2理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备实际运行时的第2加工轨迹，激光跟踪仪多次测量第一靶球的第2加工轨迹坐标，根据第一靶球的第2加工轨迹坐标利用步骤一得到的转换关系计算抛光轮最低点的第2加工轨迹坐标(x2i，y2i，z2i)，进行S3.2；
S3.2、根据抛光轮最低点的第2理论轨迹坐标和抛光轮最低点的第2加工轨迹坐标，计算抛光轮最低点的第2加工轨迹误差的补偿值和计算抛光轮最低点的第2加工轨迹的轨迹误差；
S3.3、判断抛光轮最低点的第2加工轨迹误差是否满足预设的第2加工轨迹精度要求，若满足则进行步骤四，否则利用抛光轮最低点的第2加工轨迹误差补偿值修正第2理论加工轨迹，以修正后的第2理论加工轨迹作为S3.1的第2理论加工轨迹返回S3.1。
6.如权利要求1所述的一种提高磁流变机器人抛光设备轨迹精度的方法，其特征在于，所述步骤四具体过程为：
S4.1、根据磁流变机器人抛光设备的第3理论加工轨迹能够得知抛光轮最低点的第3理论轨迹坐标(x′3i，y′3i，z′3i)，在磁流变机器人抛光设备加工过程时运行第3理论加工轨迹得到磁流变机器人抛光设备实际运行时的第3加工轨迹，激光跟踪仪多次测量第一靶球的第3加工轨迹坐标，根据第一靶球的第3加工轨迹坐标利用步骤一得到的转换关系计算抛光轮最低点的第3加工轨迹坐标(x3i，y3i，z3i)，进行S4.2；
S4.2、根据抛光轮最低点的第3理论轨迹坐标和抛光轮最低点的第3加工轨迹坐标，计算抛光轮最低点的第3加工轨迹误差的补偿值和计算抛光轮最低点的第3加工轨迹的轨迹误差；
S4.3、判断抛光轮最低点的第3加工轨迹误差是否满足预设的第3加工轨迹精度要求，若满足预设的第3加工轨迹精度要求则以此时最新的第3加工轨迹作为磁流变机器人抛光设备的最终实际加工轨迹，以此时最新的第3理论加工轨迹作为磁流变机器人抛光设备的最终理论加工轨迹，磁流变机器人抛光设备轨迹精度调整完成；否则利用抛光轮最低点的第3加工轨迹误差补偿值修正第3理论加工轨迹，以修正后的第3理论加工轨迹作为S4.1的第3理论加工轨迹返回S4.1。
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