一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光学领域，具体涉及一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法及装置。该方法及装置首先通过加工后的面形残差判断系统性轨迹误差的幅值与周期误差特性，根据误差特性确定加工过程中去除函数的变化；再基于去除函数的变化确定高精度加工目标。本发明专利技术对传统线性材料去除模型法进行改进，不需要高精度测量设备测量加工设备的轨迹误差，也不需要复杂的机器人定位/轨迹误差补偿方法对机器人磁流变加工设备轨迹误差进行精确补偿，仅仅通过修正加工过程中的去除函数即可实现光学元件的高精度加工。的高精度加工。的高精度加工。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学领域，具体而言，涉及一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法及装置。

技术介绍

[0002]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，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。
[0003]目前对机器人轨迹误差的补偿方法主要为模型标定法和非模型标定法，利用这些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，但这些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，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，尤其是轨迹误差中含有的系统性轨迹误差成分会映射到待加工的光学元件表面，残留周期性的面形残差。所以目前采用的一般模型标定法与非模型标定法对机器人磁流变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。
[0004]目前为了抑制机器人定位误差或者轨迹误差对打磨抛光的影响，主要采用模型标定法和非模型标定法补偿机器人定位或轨迹误差，但对于大型机器人而言，模型法和非模型标定法虽然在一定程度上提高了机器人定位精度和运行轨迹精度，但补偿后的机器人仍达不到磁流变抛光技术高精度加工要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法及装置，以至少解决目前机器人轨迹精度较低、模型标定法和传统非模型法存在的不足难以高精度补偿机器人轨迹误差的技术问题。
[0006]根据本专利技术的一实施例，提供了一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，包括以下步骤：
S100:通过加工后的面形残差判断系统性轨迹误差的幅值与周期误差特性，根据误差特性确定加工过程中去除函数的变化；S200:基于去除函数的变化确定高精度加工目标。
[0007]进一步地，步骤S100包括：在实验样件上加工不同抛光间隙下的去除函数，并基于去除函数的体积去除率建立抛光间隙与去除函数的变化关系。
[0008]进一步地，步骤S100具体包括：将实验样件放在实验台合适区域并固定，利用机器人磁流变加工设备在实验样件上加工不同抛光间隙下的去除函数，计算不同抛光间隙下去除函数在单位时间内的体积去除率；以不同抛光间隙下去除函数体积去除率及其对应变化关系为数据库，用以解算任意抛光间隙下的去除函数。
[0009]进一步地，抛光间隙变化区间为1.5mm~2.5mm，抛光间隙变化间隔为0.1mm。
[0010]进一步地，步骤S200包括：S201：在光学元件表面进行一次加工，提取由机器人磁流变加工设备系统性轨迹误差引起的周期性面形残差，基于周期性面形残差求解轨迹误差的幅值和周期等特性信息；S202：根据去除函数和抛光间隙的变化关系求解加工轨迹上每点的抛光间隙变化所对应的去除函数，同时采用虚拟加工确定所求解抛光间隙变化的精确性；S203：在二次加工时以去除函数作为加工参数的输入，根据二次加工的结果判断求解抛光间隙变化的精准性以及是否需要优化，当求解的抛光间隙变化达到要求时，最后进行光学元件面形误差收敛加工，最终完成高精度加工目标。
[0011]进一步地，步骤S201包括：将光学元件放在实验台合适区域并固定；利用机器人磁流变加工设备加工光学元件，以固定不变的去除函数RF0作为加工参数的输入并在不破坏初始面形误差E0的基础上等厚去掉光学元件的表面一层，完成光学元件的第一次加工，得到第一次加工后的面形误差E1；一次加工后的面形误差E1减去初始面形误差E0以及在去除函数RF0下虚拟加工引入的面形误差E0’
得到由于机器人磁流变加工设备系统性轨迹误差引起的周期性面形残差E1’
。
[0012]进一步地，步骤S202包括：对周期性面形残差E1’
进行线性缩放，求解由系统性轨迹误差引起的抛光间隙变化P1；基于不同抛光间隙下去除函数体积去除率及其对应变化关系的数据库和求解的抛光间隙变化P1计算每个轨迹点上对应的去除函数，生成去除函数RF1；接下来进行虚拟加工验证：将初始面形误差E0减去去除函数RF1与第一次加工时间T1的乘积以及去除函数RF0虚拟加工引入的面形误差E0’
得到在去除函数RF1下虚拟加工中周期性面形残差E1’’
；将第一次虚拟加工结果中周期性面形残差E1’’
和第一次实际加工结果中的周期性面形残差E1’
进行做差对比，分析求解抛光间隙变化P1的精确性：如果二者作
差后的面形误差中仍含有周期性面形残差，并且虚拟加工结果中周期性面形残差E1’’
的波峰特征位置高于第一次实际加工结果中的周期性面形残差E1’
的波峰特征位置，则缩小求解抛光间隙变化P1的幅值，否则增大幅值，根据调整好的求解的抛光间隙变化P1生成新的去除函数RF1’
；如果二者做差没有周期性面形残差则求解的抛光间隙变化P1符合要求，输出去除函数RF1。
[0013]进一步地，步骤S203包括：第二次加工时输入的面形误差为第一次实际加工结果中的周期性面形残差E1’
，在去除函数RF1或者RF1’
下进行加工控制，完成光学元件的第二次加工，得到第二次加工后的面形误差E2；分析第二次加工后的面形误差E2，如果面形误差E2中不含由系统性轨迹误差导致的周期性面形残差E2’
，求解的抛光间隙变化P1符合要求，确定并输出去除函数RF1或者RF1’
，接下来在去除函数RF1或者RF1’
输入下开始光学元件最初始面形误差E0的收敛加工。
[0014]进一步地，步骤S203还包括：如果面形误差E2中仍然含由系统性轨迹误差导致的周期性面形残差E2’
，则调整求解的抛光间隙变化P1，调整方法为：如果第一次加工后的周期性面形残差E1’
中波峰的周期性特征变为波谷的周期性特征，则缩小求解的抛光间隙变化P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：S100:通过加工后的面形残差判断系统性轨迹误差的幅值与周期误差特性，根据误差特性确定加工过程中去除函数的变化；S200:基于去除函数的变化确定高精度加工目标。2.根据权利要求1所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，步骤S100包括：在实验样件上加工不同抛光间隙下的去除函数，并基于去除函数的体积去除率建立抛光间隙与去除函数的变化关系。3.根据权利要求2所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，步骤S100具体包括：将实验样件放在实验台合适区域并固定，利用机器人磁流变加工设备在实验样件上加工不同抛光间隙下的去除函数，计算不同抛光间隙下去除函数在单位时间内的体积去除率；以不同抛光间隙下去除函数体积去除率及其对应变化关系为数据库，用以解算任意抛光间隙下的去除函数。4.根据权利要求3所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，抛光间隙变化区间为1.5mm~2.5mm，抛光间隙变化间隔为0.1mm。5.根据权利要求2所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，步骤S200包括：S201：在光学元件表面进行一次加工，提取由机器人磁流变加工设备系统性轨迹误差引起的周期性面形残差，基于周期性面形残差求解轨迹误差的幅值和周期特性信息；S202：根据去除函数和抛光间隙的变化关系求解加工轨迹上每点的抛光间隙变化所对应的去除函数，同时采用虚拟加工确定所求解抛光间隙变化的精确性；S203：在二次加工时以去除函数作为加工参数的输入，根据二次加工的结果判断求解抛光间隙变化的精准性以及是否需要优化，当求解的抛光间隙变化达到要求时，最后进行光学元件面形误差收敛加工，最终完成高精度加工目标。6.根据权利要求5所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，步骤S201包括：将光学元件放在实验台合适区域并固定；利用机器人磁流变加工设备加工光学元件，以固定不变的去除函数RF0作为加工参数的输入并在不破坏初始面形误差E0的基础上等厚去掉光学元件的表面一层，完成光学元件的第一次加工，得到第一次加工后的面形误差E1；第一次加工后的面形误差E1减去初始面形误差E0以及在去除函数RF0下虚拟加工引入的面形误差E0’
得到由于机器人磁流变加工设备系统性轨迹误差引起的周期性面形残差E1’
。7.根据权利要求6所述的抑制系统性轨迹误差对面形残差影响的方法，其特征在于，步骤S202包括：对周期性面形残差E1’
进行线性缩放，求解由系统性轨迹误差引起的抛光间隙变化P1；基于不同抛光间隙下去除函数体积去除率及其对应变化关系的数据库和求解的抛光间隙变化P1计算每个轨迹点上对应的去除函数，生成去除函数RF1；
接下来进行虚拟加工验证：将初始面形误差E0减去去除函数RF1与第一次加工时间T1的乘积以及去除函数RF0虚拟加工引入的面形误差E0’
得到在去除函数RF1下虚拟加工中周期性面形残差E1’’
；将第一次虚拟加工结果中周期性面形残差E1’’
和第一次实际加工结果中的周期性面形残差E1’
进行做差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙响，程润木，李兴昶，程强，薛栋林，张学军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：