本發(fā)明涉及一種大口徑光學(xué)元件五自由度拋光機(jī)械手，適用于光學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著空間光學(xué)技術(shù)、光束控制技術(shù)以及大型天文望遠(yuǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)大口徑光學(xué)元件特別是大口徑非球面光學(xué)元件的需求越來(lái)越多。目前，國(guó)內(nèi)大型非球面光學(xué)元件的主流加工技術(shù)依然是傳統(tǒng)的經(jīng)典修帶拋光加工技術(shù)，但是其加工周期較長(zhǎng)?，F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)控制拋光(CCOS)技術(shù)、應(yīng)力盤(pán)等加工技術(shù)的出現(xiàn)，能夠一定程度地提高大口徑光學(xué)元件的加工質(zhì)量和效率，但是這些方法無(wú)一例外在很大程度上依賴于機(jī)床的精度，成為制約我國(guó)大型非球面加工技術(shù)發(fā)展的因素之一。

Li Junfeng等人2007年提出的多模式組合加工技術(shù)(Multi—mode Combine Manufacturing，MCM)為大口徑光學(xué)元件的加工開(kāi)辟了一條新的路徑。根據(jù)光學(xué)元件面形檢測(cè)得出的誤差結(jié)果，MCM技術(shù)在相應(yīng)的區(qū)域選擇適當(dāng)?shù)膾伖忸^數(shù)目、運(yùn)動(dòng)模式及參數(shù)，組合出合適的拋光去除函數(shù)，并多次迭代完成面形的收斂，有利于控制加工過(guò)程中產(chǎn)生的各種誤差，有效地提高了拋光效率和加工精度，特別適用于大口徑光學(xué)元件的研磨拋光。與現(xiàn)有的單模式加工方法不同，對(duì)工件進(jìn)行多工位加工，全頻段控制誤差是MCM技術(shù)的顯著特點(diǎn)。因此，提供多種拋光頭運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)路徑，并適用于多工位加工的相關(guān)設(shè)備是多模式組合加工技術(shù)的重要保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種大口徑光學(xué)元件五自由度拋光機(jī)械手，該機(jī)械手五自由度聯(lián)動(dòng)可以提供MCM技術(shù)所需運(yùn)動(dòng)模式和路徑，采用柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)所占空間位置小，便于多個(gè)工位同時(shí)展開(kāi)工作。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述機(jī)械手的拋光頭系統(tǒng)采用平轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，氣動(dòng)加壓，Z軸浮動(dòng)，拋光模與磨頭軸采用球鉸加撥銷柔性連接，位于磨頭軸上方的螺桿可以調(diào)節(jié)偏心距。首先平轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式不僅能夠產(chǎn)生中心有峰值的平滑曲線，而且由于拋光盤(pán)平動(dòng)，拋光盤(pán)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)所覆蓋的光學(xué)表面的梯度變化最小，有利于拋光盤(pán)與工件表面吻合；氣動(dòng)加壓與Z軸浮動(dòng)，在產(chǎn)生穩(wěn)定的拋光壓力的同時(shí)，使拋光模隨工件表面矢高實(shí)時(shí)變化，且此軸無(wú)需數(shù)控，簡(jiǎn)化了機(jī)械手本體的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；拋光模與磨頭軸之間球鉸加撥銷的柔性連接保證了拋光模與工件表面實(shí)時(shí)吻合，在設(shè)計(jì)時(shí)，在保證拋光?；w剮度的前提下，h值應(yīng)盡可能小，將壓力方向的變化降低到最小值。

所述拋光頭系統(tǒng)中采用Z軸浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此在操作機(jī)本體設(shè)計(jì)中不考慮Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)拋光機(jī)本體采用柱坐標(biāo)方式，轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ₁、移動(dòng)參量d₃和Z軸浮動(dòng)量d₅確定拋光頭的位置；轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ₂和θ₄只確定拋光頭的姿態(tài)。

所述腰部轉(zhuǎn)動(dòng)θ₁由伺服電機(jī)帶動(dòng)諧波齒輪副實(shí)現(xiàn)；腰部上端裝有伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副帶動(dòng)臂部固定套實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)θ₂；臂部左端伺服電機(jī)帶動(dòng)精密滾珠絲杠一螺母副實(shí)現(xiàn)臂部固定套與移動(dòng)套之間的移動(dòng)，為防止二者之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)套外圓銑有花鍵與固定套內(nèi)圓上花鍵組成導(dǎo)向裝置；移動(dòng)套右端經(jīng)鉸鏈與拋光頭系統(tǒng)連接，由電機(jī)帶動(dòng)絲桿絲母?jìng)鲃?dòng)，通過(guò)絲桿的伸縮實(shí)現(xiàn)拋光頭系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)只；整個(gè)機(jī)械手安裝在移動(dòng)基座頂部，基座可以手動(dòng)升降，以適應(yīng)不同工作臺(tái)高度和不同厚度的光學(xué)元件。

通過(guò)θ₁，θ₂，d₃，θ₄，C聯(lián)動(dòng)和浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)表面的加工。在進(jìn)行環(huán)帶加工徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)θ₁，θ₂，θ₄只起輔助定位作用，只需臂部移動(dòng)d₃。因此單純的修帶拋光機(jī)械手可以將轉(zhuǎn)動(dòng)θ₂取消，將轉(zhuǎn)動(dòng)吼改為手動(dòng)，這樣可以大大地減化拋光機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：該機(jī)械手五自由度聯(lián)動(dòng)可以提供MCM技術(shù)所需運(yùn)動(dòng)模式和路徑，采用柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)所占空間位置小，便于多個(gè)工位同時(shí)展開(kāi)工作。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的拋光頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是本發(fā)明的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，機(jī)械手的拋光頭系統(tǒng)采用平轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，氣動(dòng)加壓，Z軸浮動(dòng)，拋光模與磨頭軸采用球鉸加撥銷柔性連接，位于磨頭軸上方的螺桿可以調(diào)節(jié)偏心距。首先平轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式不僅能夠產(chǎn)生中心有峰值的平滑曲線，而且由于拋光盤(pán)平動(dòng)，拋光盤(pán)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)所覆蓋的光學(xué)表面的梯度變化最小，有利于拋光盤(pán)與工件表面吻合；氣動(dòng)加壓與Z軸浮動(dòng)，在產(chǎn)生穩(wěn)定的拋光壓力的同時(shí)，使拋光模隨工件表面矢高實(shí)時(shí)變化，且此軸無(wú)需數(shù)控，簡(jiǎn)化了機(jī)械手本體的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；拋光模與磨頭軸之間球鉸加撥銷的柔性連接保證了拋光模與工件表面實(shí)時(shí)吻合，在設(shè)計(jì)時(shí)，在保證拋光?；w剮度的前提下，h值應(yīng)盡可能小，將壓力方向的變化降低到最小值。

如圖2，拋光頭系統(tǒng)中采用Z軸浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此在操作機(jī)本體設(shè)計(jì)中不考慮Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)拋光機(jī)本體采用柱坐標(biāo)方式，轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ₁、移動(dòng)參量d₃。和Z軸浮動(dòng)量d₅。確定拋光頭的位置；轉(zhuǎn)動(dòng)參量θ₂和θ₄只確定拋光頭的姿態(tài)。

腰部轉(zhuǎn)動(dòng)θ₁由伺服電機(jī)帶動(dòng)諧波齒輪副實(shí)現(xiàn)；腰部上端裝有伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副帶動(dòng)臂部固定套實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)θ₂；臂部左端伺服電機(jī)帶動(dòng)精密滾珠絲杠一螺母副實(shí)現(xiàn)臂部固定套與移動(dòng)套之間的移動(dòng)，為防止二者之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)套外圓銑有花鍵與固定套內(nèi)圓上花鍵組成導(dǎo)向裝置；移動(dòng)套右端經(jīng)鉸鏈與拋光頭系統(tǒng)連接，由電機(jī)帶動(dòng)絲桿絲母?jìng)鲃?dòng)，通過(guò)絲桿的伸縮實(shí)現(xiàn)拋光頭系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)只；整個(gè)機(jī)械手安裝在移動(dòng)基座頂部，基座可以手動(dòng)升降，以適應(yīng)不同工作臺(tái)高度和不同厚度的光學(xué)元件。

通過(guò)θ₁，θ₂，d₃，θ₄，C聯(lián)動(dòng)和浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)表面的加工。在進(jìn)行環(huán)帶加工徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)θ₁，θ₂，θ₄只起輔助定位作用，只需臂部移動(dòng)d₃。因此單純的修帶拋光機(jī)械手可以將轉(zhuǎn)動(dòng)θ₂取消，將轉(zhuǎn)動(dòng)吼改為手動(dòng)，這樣可以大大地減化拋光機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。