【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复杂曲面光学元件高精密抛光领域，特别是涉及气囊抛光机床恒力抛光领域，尤其是涉及一种气囊抛光机床力监测采集装置及设计方法。
技术介绍
1、复杂曲面光学元件在激光聚变点火装置、激光武器、大型望远镜工程、光刻机等高端军、民领域中发挥着至关重要的作用。光学元件在抛光过程中对元件的表面质量、面形精度都有极高的要求。
2、目前，气囊抛光机床可用于抛光加工,以提高加工效率和降低成本。然而，为了确保抛光加工过程中材料去除的一致性和均匀性,需要对抛光过程中气囊头和工件之间的接触力进行控制,但单纯通过机床的位置控制不能实现对抛光力的精确控制,因此安装力控装置十分必要。此外，通过力控装置还可以自适应补偿抛光路径的偏差、重复定位误差和工件装夹误差，从而保证复杂曲面元件抛光加工的质量和精度。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对抛光时气囊工具磨损后引起抛光力的波动和气囊抛光去除能力不稳定无法保证高精度提供一种气囊抛光机床力监测采集装置及设计方法，即根据测力计测得的输入力信号与预设的抛光力对比，根据补偿算法进行抛光力的补偿。
2、本专利技术提供一种气囊抛光机床力监测采集装置，包括：多路调理盒、s型力敏单元、测力计、测力平台、支撑平台和数据采集卡；
3、所述多路调理盒用于信号线的连接，将s型力敏单元与测力计连接在一起构成通路；多路调理盒对从s型力敏单元接收到的电信号进行调理和放大；
4、所述s型力敏单元与测力平台和支撑平台相装配，根据其变形程度用
5、所述测力计通过信号线与多路调理盒连接，将电压信号转变为模拟信号，用以显示抛光力的数值；测力计通过信号线与pc端的数据采集卡连接；
6、所述测力平台与气囊头相接触，用以承载抛光力；
7、所述支撑平台固定于气囊抛光机的工作台上，支撑平台用于支撑s型力敏单元与测力平台，三者共同组成测力装置；
8、所述数据采集卡用于通过信号线与测力计相连，数据采集卡采集电压信号，基于传感器的灵敏度转化为实际力值，通过labview程序处理为需要进行力控补偿的补偿量。
9、进一步的，所述支撑平台可磁吸在气囊抛光机的工作台上。
10、进一步的，所述测力平台设有支撑筋板，在抛光力作用下测力平台各区域变形一致。
11、进一步的，所述测力平台与支撑平台设有安装凹槽，s型力敏单元通过螺栓分别固定，凹槽用于使s型力敏单元固定在指定位置。
12、一种气囊抛光机床力监测采集装置的设计方法，用于实时监测、采集抛光法向力，并根据预设抛光力进行实时补偿实现抛光恒力控制；所述设计方法的具体步骤可为：
13、1)需求分析与初步设计：明确需要监测和采集的光学元件的规格和尺寸范围，选择合适的s型力敏单元，考虑其灵敏度、量程和精度；面向各类规格和不同尺寸的光学元件，采用并联排布s型力敏单元的连接方式；
14、2)有限元仿真优化：基于响应面优化法及拟牛顿法，利用有限元仿真软件进行s型力敏单元位置和排布的优化设计，具体的：使用ansys workbench或其他有限元仿真软件，建立s型力敏单元的模型；定义模型的材料属性、几何参数和边界条件；采用响应面优化模块，以模型的第一阶固有频率为优化目标，以布置在对角线上的尺寸点作为输入参数，进行优化设计；运用拟牛顿法根据当前尺寸点的梯度信息和拟牛顿法矩阵更新规则，计算下一个迭代点；这个过程持续且不间断地进行一维搜索，直到满足收敛准则，迭代停止；最终的迭代点即为近似最优解；
15、3)s型力敏单元的排布优化：根据仿真优化结果，确定s型力敏单元的最佳排布方案；确保四个s型力敏单元在测力平台任意区域的抛光力作用下受力均匀，四个s型力敏单元变形一致。
16、一种气囊抛光机床力监测采集方法，包括以下步骤：
17、1)利用s型力敏单元的形变，其应变与外力大小成正比，其电阻值产生一个电阻增量；
18、2)电阻增量转换成电压增量，该电压增量值与测力平台所承受的载荷值成正比；
19、3)电压信号通过数据采集卡采集转换后，输入计算机进行处理，得到作用在测力平台上的抛光力值，完成抛光力的监测与采集。
20、在数控界面上输入预设抛光力值和固定补偿值，将输入的抛光力信号进行滤波处理并取其平均值，对比输入的抛光力信号与预设抛光力值的大小，若差值在阈值范围内，则补偿输出一个固定补偿值，从而建立起抛光力的补偿与恒力控制关系。
21、所述固定补偿值由气囊抛光机床的反应速度与灵敏度决定。
22、本专利技术用于保证抛光接触力的平稳过渡与高可控性，实现对工件表面随形抛光和接触力的恒定控制。本专利技术可实现抛光力的恒力控制，对于相同工件，抛光过程中保持恒力，避免抛光接触力不稳定，抛光轨迹的误差以及气囊工具的旋转、振动造成的抛光力干扰与误差。降低持续抛光加工时气囊工具磨损后引起抛光力波动的影响和长时间使用导致气囊抛光去除能力不稳定的技术风险，确保气囊抛光加工过程的稳定与材料去除的一致性和均匀性，保证复杂曲面元件抛光加工的质量和精度。本专利技术能够实现对光学元件精密加工过程中抛光力的实时监测和自动补偿，确保抛光效果的一致性和高质量。本专利技术可广泛应用于需要精密加工和抛光的领域，特别是对光学元件的加工。通过本专利技术可以提高加工效率，减少废品率，提升产品质量，满足各种精密加工领域的高标准要求。
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1.一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于包括：多路调理盒、S型力敏单元、测力计、测力平台、支撑平台和数据采集卡；
2.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述支撑平台磁吸在气囊抛光机的工作台上。
3.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述测力平台设有支撑筋板，在抛光力作用下测力平台各区域变形一致。
4.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述测力平台与支撑平台设有安装凹槽，S型力敏单元通过螺栓分别固定，凹槽用于使S型力敏单元固定在指定位置。
5.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述S型力敏单元采用并联排布。
6.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述S型力敏单元的固定位置及分布根据响应面优化法及拟牛顿法，由有限元软件仿真得出，具体包括以下步骤：
7.一种气囊抛光机床力监测采集方法，其特征在于包括以下步骤：
8.如权利要求7所述一种气囊抛光机床力监测采集方法，其特征在于在步骤4
...【技术特征摘要】
1.一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于包括：多路调理盒、s型力敏单元、测力计、测力平台、支撑平台和数据采集卡；
2.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述支撑平台磁吸在气囊抛光机的工作台上。
3.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述测力平台设有支撑筋板，在抛光力作用下测力平台各区域变形一致。
4.如权利要求1所述一种气囊抛光机床力监测采集装置，其特征在于所述测力平台与支撑平台设有安装凹槽，s型力敏单元通过螺栓分别固定，凹槽用于使...
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