五自由度光学镜面加工设备及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种五自由度光学镜面加工设备及其工作方法，其包括机架、辅助平台、动平台、滑台、设置在滑台和辅助平台之间的第一运动链、第三运动支链、第五运动支链、设置在机架和动平台上端之间的第二运动支链和第四运动支链、刀具驱动电机、刀具、镜面固定与支撑装置。其中动平台上端穿过辅助平台中心，通过虎克铰链和辅助平台连接。辅助平台在第一、三、五运动支链的作用下产生三个方向上的移动自由度，动平台在辅助平台和第二、四运动支链的共同作用下实现了三维平动和二维转动。本发明专利技术将并联机构刚度大、精度高的特点运用于光学加工中，提升其加工精度。

Five degree of freedom optical mirror processing equipment and working method thereof

The invention discloses a five degree of freedom optical mirror processing device and its working method, which comprises a frame, an auxiliary platform, a moving platform, a slide table, a first motion chain arranged between the slide table and the auxiliary platform, a third motion branching chain, a fifth motion branch chain, and a second motion branching chain arranged between the frame and the upper end of the moving platform. Fourth sports branch, tool driving motor, cutting tool, mirror fixing and supporting device. The upper end of the movable platform goes through the center of the auxiliary platform, and is connected through the Hooke hinge and the auxiliary platform. The auxiliary platform produces moving freedom in three directions under the action of first, third, fifth motion branches. The dynamic platform realizes the three-dimensional translational and two-dimensional rotation under the joint action of the auxiliary platform and the second, fourth motion branching chain. The invention applies the characteristics of large rigidity and high accuracy of parallel connection machine to optical processing, and improves the machining accuracy.

【技术实现步骤摘要】
五自由度光学镜面加工设备及其工作方法
本专利技术属于机械加工制造
，具体涉及一种光学镜面加工设备，尤其涉及一种五自由度光学镜面加工设备及其工作方法。
技术介绍
随着望远镜技术的发展，对望远镜的光学性能的要求越来越高，镜面的设计越来越精密，使得对于镜面加工误差和加工精度的要求提出新的要求。目前在光学镜面加工领域主要使用传统的串联型设备进行镜面的车削、磨削、抛光等工序。但是由于串联型设备存在累计误差叠加的原因，在每个轴的误差一定时，设备的轴数越多，累计误差也一般会越大，使得串联设备越来越难以满足目前越来越高的镜面加工精度的要求。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足：现有的镜面串联型加工设备存在的容易产生误差累积，从而较难满足光学镜面的加工精度要求的问题，本专利技术提供一种五自由度光学镜面加工设备及其工作方法，该加工设备应用并联机构作为构型，具有加工精度高，系统刚度较大的特点。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种五自由度光学镜面加工设备，包括机架及由下而上依次设置在其内部的镜面支撑与固定装置、加工刀具、刀具驱动电机、动平台、辅助平台和五个直线滑台，其中，镜面支撑与固定装置位于所述机架的内部底部，五个直线滑台位于机架顶部且平行于机架内部下表面，相邻两直线滑台间成72°角，所述动平台的上端穿过辅助平台的中心与其连接，所述动平台的下端依次固定连接刀具驱动电机和加工刀具；所述五个直线滑台为：第一支链滑台、第二支链滑台、第三支链滑台、第四支链滑台、第五支链滑台，其中两个直线滑台通过两条主运动支链与所述动平台连接，另外三个直线滑台通过三条辅助运动支链与所述辅助平台连接。进一步的，所述两条主运动支链分别为第二运动支链、第四运动支链，其上端分别与所述第二支链滑台、第四支链滑台连接并沿其直线方向滑动，其下端分别与所述动平台的上端连接。进一步的，每一条主运动支链由上至下由主运动支链滑块、主运动支链连杆连接组成，所述主运动支链连杆通过主运动支链滑块与所述直线滑台的丝杠连接，下端与动平台连接；每条主运动支链中，位于下端的连接元件的转动中心都不经过动平台的轴线。进一步的，所述三条辅助运动支链分别为第一运动支链、第三运动支链、第五运动支链，其上端分别与所述第一支链滑台、第三支链滑台、第五支链滑台连接并沿其直线方向滑动，其下端分别与所述辅助平台连接。进一步的，每一条辅助运动支链由上至下由辅助运动支链滑块同时与辅助运动支链连杆a、辅助运动支链连杆b该两条辅助运动支链连杆并联组成，所述辅助运动支链连杆a、辅助运动支链连杆b均通过辅助运动支链滑块与所述直线滑台的丝杠连接，下端与所述辅助平台连接；每条辅助运动支链中，辅助运动支链上端的两个铰链的转动中心与下端的两个铰链的转动中心构成一个平行四边形的四个顶点。进一步的，所述滑台结构均相同，均为滚珠丝杠型直线滑台，五个直线滑台沿滑块滑动方向依次包括丝杠驱动电机、联轴器和丝杠，所述丝杠布置在五个直线滑台中，并且丝杠轴线汇聚于一点。进一步的，三条辅助运动支链与辅助平台的连接中心点在机架内部下表面上的三个投影点、两条主运动支链与动平台的连接中心点在机架内部下表面上的两个投影点，与辅助平台的中心点在机架内部下表面的投影点间的连线为五条相交于一点的直线，相邻两条直线间夹角均为72°。进一步的，所述动平台和辅助平台间通过辅助平台虎克铰连接；所述五个直线滑台、动平台、辅助平台与两条主运动支链、三条辅助运动支链之间为铰连接，包括虎克铰和球铰链。进一步的，所述镜面支撑与固定装置的镜面轴向支撑采用多液压缸的液压Whiffletree支撑，径向支撑采用切向杆Bipod支撑。上述的一种五自由度光学镜面加工设备的工作方法，具体步骤如下：1)镜片固定与定位：将待加工镜面连接在镜面支撑与固定装置上，调整多液压缸的液压whiffletree中三个联通器中的油液压力，完成轴向支撑和定位，使用切向杆Bipod完成镜面的径向固定和定位；2)滑块位置调整：丝杆驱动电机通过联轴器带动丝杆做旋转运动，辅助运动支链滑块随丝杆的转动角度按照对应的规格的丝杆导程转化为沿第一支链滑台方向的直线滑动；五个丝杠的丝杆驱动电机后端安装有旋转编码器，旋转编码器反馈丝杆驱动电机的转子角位置信息，形成电机输出参数的闭环控制；通过计算丝杆驱动电机的转动角度和丝杠的导程求得五个滑块的所在位置，进而得出动平台的空间位置和姿态；3)刀具位置调整：通过分别调节三条辅助运动支链上辅助运动支链滑块的移动距离和两条主运动支链上主运动支链滑块在第二支链滑台上的移动距离，三条辅助运动支链推动辅助平台产生三个方向的上平动；，两条主运动支链和辅助平台共同推动动平台产生三个方向平动和两个方向转动，进而控制加工刀具实现目标位姿。进一步的，丝杆驱动电机处加装有减速机，在直线滑台上安装有位移传感器，根据位移传感器的反馈的滑块位移信号调节电机参数，形成滑块位置的闭环控制，进而精确控制动平台的位姿。此处的丝杆驱动电机一般是加减速器的，但是由于减速器有误差，导致计算的滑块的位置参数不准确，所以要在滑台上再安装直线位置传感器；但是如果功率较小时，也可不加减速器，由丝杆驱动电机直接和丝杆直接连接，根据旋转编码器反馈的转子的角度和丝杆的导程计算的滑块的位置参数误差相对较小，可根据精度需要选择是否是在滑台上安装直线位移传感器。有益效果：本专利技术提供的五自由度光学镜面加工设备及其工作方法，与现有技术相比，具有以下优势：本专利技术采用并联结构形式，刚度大，结构稳定，累积误差小。驱动方式采用伺服电机驱动滚珠丝杠形式，运动精度高，易于提升加工精度。附图说明图1是本专利技术的提供的光学镜面加工设备的三维整体结构示意图；图2是本专利技术的提供的设备主运动支链连接关系示意图；图3是本专利技术的提供的设备辅助运动支链连接关系示意图；图4是本专利技术的提供的设备辅助平台虎克铰示意图。图中：1-机架，2-刀具驱动电机，3-动平台，4-辅助平台，5-加工刀具，6-待加工镜面，7-镜面固定与支撑装置，8-主运动支链下端虎克铰，9-主运动支链连杆，10-主运动支链上端虎克铰，11-主运动支链滑块，12-第二支链滑台，13-第三支链滑台，14-第四支链滑台，15-第五支链滑台，16-第一支链滑台，17a-辅助运动支链下端虎克铰a，17b-辅助运动支链下端虎克铰b，18a-辅助运动支链连杆a，18b-辅助运动支链连杆b，19a-辅助运动支链上端虎克铰a，19b-辅助运动支链上端虎克铰b，20-辅助运动支链滑块，21-丝杠驱动电机，22-联轴器，23-丝杠，24-辅助平台虎克铰，25-旋转编码器，26-直线位移传感器。具体实施方式本专利技术为一种五自由度光学镜面加工设备及其工作方法，其包括机架、五个直线滑台、辅助平台、动平台、设置在滑台和辅助平台之间的第一运动链、第三运动支链、第五运动支链以及设置在机架和动平台上端之间的第二运动支链和第四运动支链、刀具驱动电机、刀具、镜面固定与支撑装置。其中动平台上端穿过辅助平台中心，通过虎克铰链和辅助平台连接。辅助平台在第一、三、五运动支链的作用下产生三个方向上的移动自由度，动平台在辅助平台和第二、四运动支链的共同作用下实现了三维平动和二维转动。本专利技术将并联机构刚度大、精度高的特点运用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：包括机架(1)及由下而上依次设置在其内部的镜面支撑与固定装置(7)、加工刀具(5)、刀具驱动电机(2)、动平台(3)、辅助平台(4)和五个直线滑台，其中，镜面支撑与固定装置(7)位于所述机架(1)的内部底部，五个直线滑台位于机架(1)顶部且平行于机架(1)内部下表面，相邻两直线滑台间成72°角，所述动平台(3)的上端穿过辅助平台(4)的中心与其连接，所述动平台(3)的下端依次固定连接刀具驱动电机(2)和加工刀具(5)；所述五个直线滑台为：第一支链滑台(16)、第二支链滑台(12)、第三支链滑台(13)、第四支链滑台(14)、第五支链滑台(15)，其中两个直线滑台通过两条主运动支链与所述动平台(3)连接，另外三个直线滑台通过三条辅助运动支链与所述辅助平台(4)连接。

【技术特征摘要】
1.一种五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：包括机架(1)及由下而上依次设置在其内部的镜面支撑与固定装置(7)、加工刀具(5)、刀具驱动电机(2)、动平台(3)、辅助平台(4)和五个直线滑台，其中，镜面支撑与固定装置(7)位于所述机架(1)的内部底部，五个直线滑台位于机架(1)顶部且平行于机架(1)内部下表面，相邻两直线滑台间成72°角，所述动平台(3)的上端穿过辅助平台(4)的中心与其连接，所述动平台(3)的下端依次固定连接刀具驱动电机(2)和加工刀具(5)；所述五个直线滑台为：第一支链滑台(16)、第二支链滑台(12)、第三支链滑台(13)、第四支链滑台(14)、第五支链滑台(15)，其中两个直线滑台通过两条主运动支链与所述动平台(3)连接，另外三个直线滑台通过三条辅助运动支链与所述辅助平台(4)连接。2.根据权利要求1所述的五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：所述两条主运动支链分别为第二运动支链、第四运动支链，其上端分别与所述第二支链滑台(12)、第四支链滑台(14)连接并沿其直线方向滑动，其下端分别与所述动平台(3)的上端连接。3.根据权利要求2所述的五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：每一条主运动支链由上至下由主运动支链滑块(11)、主运动支链连杆(9)连接组成，所述主运动支链连杆(9)通过主运动支链滑块(11)与所述直线滑台的丝杠(23)连接，下端与动平台(3)连接；每条主运动支链中，位于下端的连接元件的转动中心都不经过动平台(3)的轴线。4.根据权利要求1所述的五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：所述三条辅助运动支链分别为第一运动支链、第三运动支链、第五运动支链，其上端分别与所述第一支链滑台(16)、第三支链滑台(13)、第五支链滑台(15)连接并沿其直线方向滑动，其下端分别与所述辅助平台(4)连接。5.根据权利要求4所述的五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：每一条辅助运动支链由上至下由辅助运动支链滑块(20)同时与辅助运动支链连杆a(18a)、辅助运动支链连杆b(18b)该两条辅助运动支链连杆并联组成，所述辅助运动支链连杆a(18a)、辅助运动支链连杆b(18b)均通过辅助运动支链滑块(20)与所述直线滑台的丝杠(23)连接，下端与所述辅助平台(4)连接；每条辅助运动支链中，辅助运动支链上端的两个铰链的转动中心与下端的两个铰链的转动中心构成一个平行四边形的四个顶点。6.根据权利要求1所述的部分解耦的五自由度光学镜面加工设备，其特征在于：所述滑台结构均相同，均为滚珠丝杠型直线滑台，五个直线滑台沿滑块滑动方向依次包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，王世林，丁海港，山显雷，郭锋，陈世彪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32