[发明专利]一种四轴联动的气囊抛光运动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气囊抛光，尤其涉及针对各种光学元件气囊抛光的一种四轴联动的气囊抛光运动控制方法。

背景技术

气囊抛光技术作为近几年发展迅速的抛光方法，已被广泛应用于光学元件的抛光。气囊抛光采用充气球形柔性气囊作为抛光工具或气囊外表面粘贴抛光垫作为抛光工具对曲面进行抛光，不仅可以保证抛光头与被抛光工件表面吻合性好，而且可以通过调节压力控制抛光效率和被抛光工件的表面质量。

目前，气囊抛光运动控制主要以五轴联动为主，即通过数控系统的3个进给轴及2个进动轴联动实现对光学元件的高精抛光。（参见文献：1、LiJ F,Wang X H,Fe i R Y,e t a.l Performance analysis and kinematics design of pure translational parallel mechanism with vertical guideways[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2006,19(2):300-306；2、李研彪等，一种新型正交5-DOF并联气囊抛光机床的运动传递性能分析[J].机械传动，2010,34（2）：14-16）然而，由于国外发达国家对我国实施的技术封锁，使得高端五轴联动数控系统的购买较为困难；另外，采用五轴联动方式加工光学元件时，空间运动插补过程复杂，容易降低光学元件的加工精度及效率。

发明内容

本发明的目的在于针对气囊抛光非球曲面光学元件中高端五轴联动数控系统购买困难及加工插补算法复杂等问题，提供使用四轴联动数控系统的一种四轴联动的气囊抛光运动控制方法。

本发明包括以下步骤：

1）1个选择气囊连续进动抛光作为加工方式，并以气囊球心为原点进行空间坐标系建立的步骤；

2）1个根据曲面方程，确定气囊自转轴与竖直方向夹角Rou的范围的步骤；

3）1个根据气囊自转轴与竖直方向夹角Rou的范围来确定对应适用的进动角范围的步骤；

4）1个根据加工点偏移控制算法实现对气囊连续进动抛光非球曲面过程中进动角的控制的步骤，从而实现非球曲面的四轴联动连续进动抛光。

本发明区别于其他抛光方法的特征在于采用连续进动抛光的方式，即在工件的抛光过程中，气囊自转轴与工件上加工点的局部法线的夹角始终为一固定值。实验表明，气囊连续进动抛光方式可以得到更好的光学元件表面质量。

本发明的数控类型为x、y、z、A-B（x、y、z为进给轴，A,B为旋转轴)，其中前四轴为联动轴。通过此算法控制A轴的旋转来保持抛光过程中进动角不变，完成非球曲面的连续进动抛光。

与五轴联动的加工方式相比，本发明采用的四轴联动加工方式，可以克服空间运动插补过程复杂的缺点，提高非球曲面的加工精度及效率。

本发明基于四轴联动数控系统的适用于平面、球面、非球曲面等光学元件的气囊抛光运动控制算法。

附图说明

图1为本发明实施例的气囊连续进动抛光原理图。

图2为本发明实施例的气囊抛光系统模型图。

图3为本发明实施例的气囊工具简化模型图。

图4为本发明实施例的非球曲面五轴联动的气囊抛光控制模型图。

图5为本发明实施例的气囊自转轴绕A轴旋转形成的圆锥面图。

图6为本发明实施例的气囊自转轴与竖直方向夹角范围的确定流程图。

图7为本发明实施例的理论上能够实现的最小连续进动抛光角度图。

图8为本发明实施例的气囊自转轴与竖直方向夹角Rou值在不同进动角下的仿真进动角与实际进动角的最小误差值图。

图9为本发明实施例的进动角的矫正控制算法流程图。

图10为本发明实施例的应用控制算法前的仿真进动角与实际进动角误差值图。

图11为本发明实施例的应用控制算法后的仿真进动角与实际进动角误差值图。

图12为本发明实施例的非球曲面上理论加工点坐标和实际加工点坐标在x和y方向上的偏差图。

具体实施方式

以加工非球曲面为例，以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明实施例的气囊连续进动抛光原理区别于其他抛光方法的特征在于采用连续进动抛光的方式，连续进动抛光原理如图1所示，即在非球曲面2的抛光过程中，气囊自转轴11与非球曲面2上加工点的局部法线12的夹角始终为一固定值（图1中角度ρ）。