[发明专利]基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法

说明书

技术领域

本发明属于现代光学测量与制造技术领域，具体涉及一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法。

背景技术

在光学系统中应用非球面或自由曲面的光学元件，能够有效地矫正像差，改善像质，并降低光学系统的冗余度和复杂度。因此，这类光学元件被广泛应用于天文观测、空间光学、遥感观测和高功率激光系统等领域。

2008年，Andreas Kelm等人应用ABB IRB4400型工业机器人实现了对非球面的抛光。机器人的灵活性、可控性和大尺度特点使得它成为了复杂光学元件抛光的首选抛光技术。但是，光学自由曲面的抛光比平面和球面要困难得多，尤其是大口径高陡度非球面的抛光是当今国内外研究的焦点和难点。在抛光过程中，磨头运动摩擦会引起周围面型的变化，同时磨头运动产生的除去材料对周围面型打磨有影响，导致抛光精度和抛光后面型符合度低，因此急需要现有的打磨系统能够实现实时信息反馈的功能。

激光动态干涉技术运用到机器人抛光系统中能够很好的解决上述问题，并为非球面甚至自由面的实时反馈抛光提供解决方案。国内外已有很多科研机构和公司从事动态干涉技术的研究工作，并且已经将激光动态干涉应用于在线测量，其测量精度可达纳米量级。国内很多的研究机构，如中国科学院光电技术研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所开展了很多研究并申请了相关专利。目前美国4D technology公司不仅在动态干涉技术方面有专利而且已经有产品。

复旦大学专利：“基于智能数控平台的铣磨抛光装置，申请号 201010506393”和“基于智能数控平台的子孔径拼接激光干涉在线测量方法及系统 ，申请号 201310179320”，将瞬态干涉技术融入到智能数控系统中，体现光学制造的在线检测是现代光学制造的趋势，进一步实现了光学测量的实时性和原位性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法。该方法能够实时的对要抛光的工件表面进行在线原位检测，并根据检测的结果来实时地指导和控制工业机器人打磨工具抛光头的停留时间及其在工件表面走迹的变化。其借助于机器人强大的三维空间运动能力，不仅能实现对大口径的平面镜、球面镜、高陡度的非球面镜的高精度抛光，还能实现对自由曲面的高精度抛光。

本发明选用小型激光动态干涉仪，能够避免测量过程中由机械部件的振动或者环境的波动带来的测量误差，同时能够对即将需要打磨/抛光的重点区域进行一个实时的测量。

本发明所采用的技术方案具体描述如下。

本发明提供一种基于动态干涉仪的实时研磨抛光方法，其采用的系统中包括工业机器人及其驱动控制系统，工件平台，抛光组件，抛光液注入/冲洗/吹干系统，动态干涉仪，数据采集/分析系统和人机交互界面；所述的工业机器人具有六个轴，通过其驱动控制系统可以精确的控制其在空间的位姿，数据分析系统与所述的干涉仪相连接，可对动态干涉仪测量得到的各孔径内工件表面面形的干涉条纹进行分析处理和显示；所述的动态干涉仪以相同的基准放置于抛光组件前端，从而可通过控制工业机器人在空间的位姿，完成对加工工件的原位在线检测与实时加工。其具体方法如下：

（1）根据工件在工件台上的摆放位置坐标、待测曲面的方程和动态干涉仪在不同测量距离所对应的测量孔径尺寸，利用软件分析出对曲面进行抛光/研磨时，动态干涉仪所需要测量的孔径的数目、尺寸、位置以及运动路径；

（2）工业机器人的驱动与控制系统控制抛光组件或干涉仪按照根据上述软件分析结果设定的测量路径对待测曲面逐个进行子孔径的测量与加工，并用测量的面形数据实时确定在测量子孔径内的滞留时间和磨头的运动轨迹； 

（3）在利用抛光液注入/冲洗/吹干系统对测量孔径范围内的面形冲洗吹干后，工业机器人根据动态干涉仪实时反馈给工业机器人的驱动控制系统打磨/抛光头在测量孔径内所需滞留时间和运动轨迹，以及工件台需配合的移动或旋转，再对测量孔径范围内的工件表面进行抛光/研磨；

（4）当走完上述完整的运动路径后，即完成了一次对整个工件表面的抛光/

研磨，数据采集/分析系统。

本发明与现有工业机器人研磨/抛光技术相比，具有明显的优点：

1) 与基于智能数控平台的铣磨抛光装置共用一套机器人系统，将干涉仪以相同

的安装基准安装于铣磨抛光装置前端与其一起联动，无需卸除铣磨抛光装置，极大的减少了设备因为来回更换所引入的偏移误差；

2) 利用技术成熟的工业机器人作为移动和调节的装置，不仅能方便的实现在