本發(fā)明涉及一種大口徑光學(xué)元件五自由度拋光機(jī)械手,適用于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
隨著空間光學(xué)技術(shù)、光束控制技術(shù)以及大型天文望遠(yuǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)大口徑光學(xué)元件特別是大口徑非球面光學(xué)元件的需求越來(lái)越多。目前,國(guó)內(nèi)大型非球面光學(xué)元件的主流加工技術(shù)依然是傳統(tǒng)的經(jīng)典修帶拋光加工技術(shù),但是其加工周期較長(zhǎng)。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)控制拋光(CCOS)技術(shù)、應(yīng)力盤(pán)等加工技術(shù)的出現(xiàn),能夠一定程度地提高大口徑光學(xué)元件的加工質(zhì)量和效率,但是這些方法無(wú)一例外在很大程度上依賴(lài)于機(jī)床的精度,成為制約我國(guó)大型非球面加工技術(shù)發(fā)展的因素之一。
Li Junfeng等人2007年提出的多模式組合加工技術(shù)(Multi—mode Combine Manufacturing,MCM)為大口徑光學(xué)元件的加工開(kāi)辟了一條新的路徑。根據(jù)光學(xué)元件面形檢測(cè)得出的誤差結(jié)果,MCM技術(shù)在相應(yīng)的區(qū)域選擇適當(dāng)?shù)膾伖忸^數(shù)目、運(yùn)動(dòng)模式及參數(shù),組合出合適的拋光去除函數(shù),并多次迭代完成面形的收斂,有利于控制加工過(guò)程中產(chǎn)生的各種誤差,有效地提高了拋光效率和加工精度,特別適用于大口徑光學(xué)元件的研磨拋光。與現(xiàn)有的單模式加工方法不同,對(duì)工件進(jìn)行多工位加工,全頻段控制誤差是MCM技術(shù)的顯著特點(diǎn)。因此,提供多種拋光頭運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)路徑,并適用于多工位加工的相關(guān)設(shè)備是多模式組合加工技術(shù)的重要保證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提出了一種大口徑光學(xué)元件五自由度拋光機(jī)械手,該機(jī)械手五自由度聯(lián)動(dòng)可以提供MCM技術(shù)所需運(yùn)動(dòng)模式和路徑,采用柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)所占空間位置小,便于多個(gè)工位同時(shí)展開(kāi)工作。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
所述機(jī)械手的拋光頭系統(tǒng)采用平轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式,氣動(dòng)加壓,Z軸浮動(dòng),拋光模與磨頭軸采用球鉸加撥銷(xiāo)柔性連接,位于磨頭軸上方的螺桿可以調(diào)節(jié)偏心距。首先平轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式不僅能夠產(chǎn)生中心有峰值的平滑曲線,而且由于拋光盤(pán)平動(dòng),拋光盤(pán)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)所覆蓋的光學(xué)表面的梯度變化最小,有利于拋光盤(pán)與工件表面吻合;氣動(dòng)加壓與Z軸浮動(dòng),在產(chǎn)生穩(wěn)定的拋光壓力的同時(shí),使拋光模隨工件表面矢高實(shí)時(shí)變化,且此軸無(wú)需數(shù)控,簡(jiǎn)化了機(jī)械手本體的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng);拋光模與磨頭軸之間球鉸加撥銷(xiāo)的柔性連接保證了拋光模與工件表面實(shí)時(shí)吻合,在設(shè)計(jì)時(shí),在保證拋光?;w剮度的前提下,h值應(yīng)盡可能小,將壓力方向的變化降低到最小值。
所述拋光頭系統(tǒng)中采用Z軸浮動(dòng)結(jié)構(gòu),因此在操作機(jī)本體設(shè)計(jì)中不考慮Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)拋光機(jī)本體采用柱坐標(biāo)方式,轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ1、移動(dòng)參量d3和Z軸浮動(dòng)量d5確定拋光頭的位置;轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ2和θ4只確定拋光頭的姿態(tài)。
所述腰部轉(zhuǎn)動(dòng)θ1由伺服電機(jī)帶動(dòng)諧波齒輪副實(shí)現(xiàn);腰部上端裝有伺服電機(jī),驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副帶動(dòng)臂部固定套實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)θ2;臂部左端伺服電機(jī)帶動(dòng)精密滾珠絲杠一螺母副實(shí)現(xiàn)臂部固定套與移動(dòng)套之間的移動(dòng),為防止二者之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),移動(dòng)套外圓銑有花鍵與固定套內(nèi)圓上花鍵組成導(dǎo)向裝置;移動(dòng)套右端經(jīng)鉸鏈與拋光頭系統(tǒng)連接,由電機(jī)帶動(dòng)絲桿絲母?jìng)鲃?dòng),通過(guò)絲桿的伸縮實(shí)現(xiàn)拋光頭系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)只;整個(gè)機(jī)械手安裝在移動(dòng)基座頂部,基座可以手動(dòng)升降,以適應(yīng)不同工作臺(tái)高度和不同厚度的光學(xué)元件。
通過(guò)θ1,θ2,d3,θ4,C聯(lián)動(dòng)和浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)表面的加工。在進(jìn)行環(huán)帶加工徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)θ1,θ2,θ4只起輔助定位作用,只需臂部移動(dòng)d3。因此單純的修帶拋光機(jī)械手可以將轉(zhuǎn)動(dòng)θ2取消,將轉(zhuǎn)動(dòng)吼改為手動(dòng),這樣可以大大地減化拋光機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的有益效果是:該機(jī)械手五自由度聯(lián)動(dòng)可以提供MCM技術(shù)所需運(yùn)動(dòng)模式和路徑,采用柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)所占空間位置小,便于多個(gè)工位同時(shí)展開(kāi)工作。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的拋光頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖2是本發(fā)明的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1,機(jī)械手的拋光頭系統(tǒng)采用平轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式,氣動(dòng)加壓,Z軸浮動(dòng),拋光模與磨頭軸采用球鉸加撥銷(xiāo)柔性連接,位于磨頭軸上方的螺桿可以調(diào)節(jié)偏心距。首先平轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式不僅能夠產(chǎn)生中心有峰值的平滑曲線,而且由于拋光盤(pán)平動(dòng),拋光盤(pán)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)所覆蓋的光學(xué)表面的梯度變化最小,有利于拋光盤(pán)與工件表面吻合;氣動(dòng)加壓與Z軸浮動(dòng),在產(chǎn)生穩(wěn)定的拋光壓力的同時(shí),使拋光模隨工件表面矢高實(shí)時(shí)變化,且此軸無(wú)需數(shù)控,簡(jiǎn)化了機(jī)械手本體的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng);拋光模與磨頭軸之間球鉸加撥銷(xiāo)的柔性連接保證了拋光模與工件表面實(shí)時(shí)吻合,在設(shè)計(jì)時(shí),在保證拋光?;w剮度的前提下,h值應(yīng)盡可能小,將壓力方向的變化降低到最小值。
如圖2,拋光頭系統(tǒng)中采用Z軸浮動(dòng)結(jié)構(gòu),因此在操作機(jī)本體設(shè)計(jì)中不考慮Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)拋光機(jī)本體采用柱坐標(biāo)方式,轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ1、移動(dòng)參量d3。和Z軸浮動(dòng)量d5。確定拋光頭的位置;轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ2和θ4只確定拋光頭的姿態(tài)。
腰部轉(zhuǎn)動(dòng)θ1由伺服電機(jī)帶動(dòng)諧波齒輪副實(shí)現(xiàn);腰部上端裝有伺服電機(jī),驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副帶動(dòng)臂部固定套實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)θ2;臂部左端伺服電機(jī)帶動(dòng)精密滾珠絲杠一螺母副實(shí)現(xiàn)臂部固定套與移動(dòng)套之間的移動(dòng),為防止二者之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),移動(dòng)套外圓銑有花鍵與固定套內(nèi)圓上花鍵組成導(dǎo)向裝置;移動(dòng)套右端經(jīng)鉸鏈與拋光頭系統(tǒng)連接,由電機(jī)帶動(dòng)絲桿絲母?jìng)鲃?dòng),通過(guò)絲桿的伸縮實(shí)現(xiàn)拋光頭系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)只;整個(gè)機(jī)械手安裝在移動(dòng)基座頂部,基座可以手動(dòng)升降,以適應(yīng)不同工作臺(tái)高度和不同厚度的光學(xué)元件。
通過(guò)θ1,θ2,d3,θ4,C聯(lián)動(dòng)和浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)表面的加工。在進(jìn)行環(huán)帶加工徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)θ1,θ2,θ4只起輔助定位作用,只需臂部移動(dòng)d3。因此單純的修帶拋光機(jī)械手可以將轉(zhuǎn)動(dòng)θ2取消,將轉(zhuǎn)動(dòng)吼改為手動(dòng),這樣可以大大地減化拋光機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。