本發(fā)明屬于自動化工藝，具體涉及一種用于剪切增稠拋光的確定性拋光方法及拋光裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，能源利用、光束整形、激光制造、空間成像等領(lǐng)域需要復(fù)雜曲面搭建的緊湊、高性能的光學(xué)系統(tǒng)。剪切增稠拋光是利用拋光液剪切增稠效應(yīng)來去除材料的高效、高精度拋光方法。拋光液包含多羥基聚合物、磨料、分散劑等物質(zhì)，工件同剪切增稠液發(fā)生相對運動時會產(chǎn)生剪切增稠效應(yīng)，導(dǎo)致接觸區(qū)域的剪切應(yīng)力急劇增大，進而能夠高效去除工件表面材料。然而，在加工范圍內(nèi)的非確定性的材料去除會導(dǎo)致加工后的曲面面型無法滿足精度要求。在曲面的拋光加工過程中，應(yīng)用確定性拋光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)確定的材料去除以此來獲得高精度的拋光面型。確定性拋光指通過精確控制拋光參數(shù)，在工件表面各個點去除指定的材料量，達到面型控制的目的。

2、傳統(tǒng)的確定性拋光需要基于拋光路徑對拋光點的材料去除進行積分計算，得到單位速度下拋光區(qū)域完全通過拋光點時對表面造成的材料去除影響，這種材料去除計算方式需要進行大量的積分計算，但當拋光點設(shè)置密集時，即一個拋光區(qū)域內(nèi)存在大于一個拋光點的情況下，這種計算方法條件下得到的進給時間會產(chǎn)生沖突，同時，積分計算也消耗大量的計算資源。使用離散化的定點材料去除計算可以避免進給時間結(jié)果的相互沖突，但是，相對于積分計算，離散化的定點材料去除計算需要設(shè)置大量的拋光點以增強計算精度，這也需要消耗大量的計算資源。

3、?發(fā)明專利“光學(xué)零件加工工藝方法和系統(tǒng)”（專利號cn?115194601?a）提供了一種光學(xué)零件加工工藝方法和系統(tǒng)實現(xiàn)高、中、低頻面形誤差的收斂，但是并沒有具體公開如何根據(jù)檢測得到的面形誤差信息針對性地進行拋光。發(fā)明專利“具有區(qū)域適應(yīng)性的光順拋光路徑規(guī)劃方法”（專利號cn?115952568?a）公開了一種具有區(qū)域適應(yīng)性的光順拋光路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，根據(jù)去除面型的峰谷位置劃分子區(qū)域，在子區(qū)域內(nèi)規(guī)劃雙螺旋路徑并相互連接，最后計算駐留時間并輸出對應(yīng)的進給速度，但該方法并沒有給出駐留時間密度矩陣的計算方法，沒有針對計算方式進行計算量的優(yōu)化，主要側(cè)重點在確定性拋光軌跡規(guī)劃上。發(fā)明專利“一種確定性光學(xué)拋光技術(shù)駐留時間求解方法”（專利號?cn?110842652?a）公開了一種確定性光學(xué)拋光技術(shù)駐留時間求解方法，使用機床的速度和加速度性能對駐留時間的計算進行約束，調(diào)用雙邊約束最小二乘解法器求解模型求得駐留時間，得到進給速度，但并沒有公開材料去除率的計算方式，沒有對拋光點數(shù)量進行優(yōu)化。發(fā)明專利“一種平面零件全口徑確定性拋光的搖臂式拋光裝置和方法”（專利號cn?111266937?a）公開了一種平面零件全口徑確定性拋光的搖臂式拋光裝置和方法，考慮了工件的面型，但是，這種確定性拋光方法需要修整拋光墊面型，而不是通過在拋光中改變參數(shù)進行確定性拋光，只能實現(xiàn)平面零件的確定性拋光，加工具有局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于剪切增稠拋光的確定性拋光方法及拋光裝置，以解決現(xiàn)有的剪切增稠拋光方法難以控制拋光面型，確定性拋光方法計算量大，得到的進給時間在某些情況下有沖突等技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種用于剪切增稠拋光的確定性拋光方法，包括

4、s1：使用儀器測量待加工表面，得到離散化的待加工表面三維數(shù)據(jù)，以控制點表示；

5、s2：規(guī)劃拋光路徑，在拋光路徑上規(guī)劃多個初始拋光點，計算各拋光點相對于對應(yīng)控制點位置的材料去除量；

6、s3；使用拋光點可控材料去除矩陣，計算策略規(guī)劃組合拋光點，得到材料去除矩陣；

7、s4：使用迭代算法得到初步的拋光點的駐留時間，以迭代算法得到的駐留時間計算控制點剩余材料去除余量，使用nnls（非負最小二乘）算法計算最終的拋光點的駐留時間。

8、進一步的，所述步驟s1中，使用儀器測量待加工表面得到的數(shù)據(jù)，通過線性插值的方法將三維數(shù)據(jù)擴充為在x0y平面上依次等間距排列的數(shù)據(jù)，即為控制點。

9、進一步的，所述步驟s2中得到材料去除量具體步驟如下：

10、s2.1：在被加工工件表面規(guī)劃柵格拋光路徑，拋光點等間距設(shè)置在拋光路徑上。

11、s2.2：使用坐標轉(zhuǎn)換、平移的方法將被加工工件表面的坐標數(shù)據(jù)映射到目標表面，目標表面使用擬合公式或離散點表示，計算目標表面上對應(yīng)控制點的垂直法向量，計算向量到待加工表面的模，得到各控制點的材料去除余量。

12、進一步的，所述步驟s3中得到材料去除矩陣的步驟如下：

13、s3.1：計算所有控制點相對于所有拋光點的位置；

14、s3.2：將相對于某一拋光點位置的控制點帶入公式1，得到該拋光點對所有控制點的材料去除影響因子mrr（x,y），遍歷所有拋光點，得到每個拋光點對所有控制點的材料去除影響因子mrr（x,y）；

15、（1）

16、其中，和為拋光區(qū)域流體流速和壓力，為磨粒直徑，為磨粒半徑，為工件表面布氏硬度值，為磨粒體積比濃度，為拋光影響區(qū)域?qū)嶋H有效磨粒系數(shù)。

17、s3.3：根據(jù)材料去除影響因子的有無得到每個拋光點的影響范圍，使用公式2計算每個拋光點影響區(qū)域所有控制點的加權(quán)去除余量，以表明每個拋光點的材料去除需求，每個拋光點對應(yīng)一個加權(quán)去除余量；

18、????????????????????????????????????????（2）

19、其中，為拋光點影響區(qū)域內(nèi)每個控制點需要的加權(quán)材料去除量的總和；m為控制點數(shù)量；i為第i個控制點；為第i個控制點的材料去除余量；表示第j個拋光點的材料去除影響向量；表示單位時間下拋光點對控制點造成的材料去除深度；

20、s3.4：計算相鄰拋光點對應(yīng)加權(quán)去除余量的差，并將差值由小到大進行排序，得到加權(quán)去除余量序列；

21、s3.5：以路徑順序為分組行進的方向、加權(quán)去除余量序列值作為分組標準，加權(quán)去除余量序列的排列順序作為分組標準的選擇順序，依次分組，分組的條件為，組內(nèi)的拋光點加權(quán)去除余量最大值最小值的差不大于加權(quán)去除余量序列值或者組內(nèi)的拋光點不大于設(shè)定的組內(nèi)最大的拋光點數(shù)量，初步分組完畢后若組數(shù)大于設(shè)定組數(shù)，則選擇下一個更大的加權(quán)去除余量序列值進行分組，直至達到分組要求，得到最終分組；

22、s3.6：依據(jù)最終分組結(jié)果將各個組內(nèi)拋光點對控制點的影響去除因子疊加，得到合并的材料去除影響矩陣；

23、進一步的，所述步驟s4中得到初步拋光點駐留時間的步驟如下：

24、s4.1：設(shè)定所有拋光點組統(tǒng)一的最小迭代駐留時間；

25、s4.2：將材料去除矩陣乘以累計駐留時間向量，累加各個拋光點組的累計駐留時間以及控制點的累計材料去除量；

26、s4.3：遍歷所有迭代中拋光點影響區(qū)域的控制點，判斷各個控制點累計材料去除量，將所有影響區(qū)域中存在累計材料去除量大于等于材料去除余量的控制點的拋光點組對應(yīng)的最小迭代駐留時間置為0，若所有拋光點組對應(yīng)的最小迭代駐留時間均為0，則跳到步驟s4.5；

27、s4.4：使用公式3，計算剩余拋光點組影響區(qū)域的控制點累計材料去除量同材料去除余量差值，將該差值除以各個控制點迭代一次的材料去除量，得到的向上取整的最小的商為加速步長，將駐留時間向量中對應(yīng)最小迭代駐留時間非0的值加上加速步長乘以最小迭代駐留時間的值作為累計駐留時間向量，并跳到步驟s4.2；

28、?????????????????????????????????????????????（3）

29、其中，為加速步長乘以最小迭代駐留時間的值，即加速迭代駐留時間向量；為所有未停止迭代的控制點材料去除量向量；為上次迭代后的材料去除量向量；為所有未停止迭代的控制點在累計迭代駐留時間基礎(chǔ)上以最小迭代駐留時間迭代一次時的材料去除量向量；為最小迭代駐留時間向量；為加速步長。

30、s4.5：計算所有控制點的剩余材料去除量，使用nnls（非負最小二乘）算法計算拋光剩余材料去除量需要的駐留時間向量，得到nnls（非負最小二乘）駐留時間向量；

31、s4.6：累計駐留時間向量加上nnls（非負最小二乘）駐留時間向量，得到最終的各個拋光點組的駐留時間。

32、第二方面，一種用于剪切增稠拋光的確定性拋光裝置，包括攪拌池、拋光池、粉末量注模塊，攪拌模塊、輸送模塊和拋光加工模塊。

33、所述攪拌池的進水口上設(shè)有注水管，用于向攪拌池中注入定量的水。

34、所述粉末量注模塊設(shè)置在攪拌池的正上方，用于向攪拌池內(nèi)加入設(shè)定重量的拋光液原料，并通過攪拌模塊攪拌，形成拋光液。

35、所述輸送模塊用于將形成的拋光液依次向拋光池和攪拌池輸送，進而形成拋光液的流動循環(huán)。

36、所述拋光加工模塊用于對拋光池中的被加工工件進行拋光處理。

37、進一步的，所述粉末量注模塊包括進料組件和稱料組件。稱料組件安裝在進料組件的正上方，能夠?qū)M料組件輸出的粉末進行稱量，并在達到指定重量時傾倒。

38、所述進料組件包括步進電機、螺桿和進料底座。所述進料底座上開設(shè)有依次連通的進料槽和粉料傳輸槽。螺桿轉(zhuǎn)動連接在粉料傳輸槽內(nèi)，能夠在步進電機的驅(qū)動下進行轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)對落入粉料傳輸槽中的粉末逐步向稱料組件輸出。

39、進一步的，所述稱料組件包括支撐平臺，以及安裝在支撐平臺上的送料平臺、電子秤和電缸。所述送料平臺的端部與支撐平臺轉(zhuǎn)動連接，能夠在電缸的驅(qū)動下，在水平狀態(tài)和傾斜狀態(tài)之間切換。所述電子秤固定在送料平臺上。

40、進一步的，攪拌模塊包括攪拌槳和驅(qū)動電機。攪拌槳轉(zhuǎn)動連接在攪拌池內(nèi)，能夠在驅(qū)動電機的驅(qū)動下進行轉(zhuǎn)動，進而對注入水，以及落入攪拌池的拋光粉和多羥基聚合物粉末進行攪拌，形成拋光液。

41、進一步的，所述輸送模塊包括兩個轉(zhuǎn)子泵和兩個三通閥。兩個轉(zhuǎn)子泵分為與攪拌池的輸出端相連接的第一轉(zhuǎn)子泵，以及與拋光池的輸出端相連接的第二轉(zhuǎn)子泵。兩個三通閥分為設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子泵與拋光池之間管道上的第一三通閥；以及設(shè)置在第二轉(zhuǎn)子泵輸出端上的第二三通閥。所述第一轉(zhuǎn)子泵與第一三通閥間設(shè)有在線粒度儀，用于實時監(jiān)測攪拌池中輸出的拋光液混合以及組分情況。

42、所述第一三通閥和第二三通閥上分別設(shè)有第一回流管和第二回流管，用于與攪拌池相連通。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：

44、1、本發(fā)明通過拋光點可控材料去除矩陣計算策略，規(guī)劃拋光點，對比待加工表面和目標表面，計算控制點位置的材料去除余量，計算各個拋光點的影響區(qū)域以及對控制點的影響，以相鄰拋光點去除余量單點模型加權(quán)值為標準可控地合并拋光點，得到材料去除矩陣；大幅度，可控地減少了確定性拋光規(guī)劃需要的計算量，在大幅增加拋光點密度的同時得到的進給時間（駐留時間的等效）結(jié)果不會出現(xiàn)0值，進而避免算法本身得到的拋光點的駐留時間結(jié)果間造成沖突。

45、2、本發(fā)明通過在拋光液的輸入端設(shè)置在線粒度儀，配合進料組件和稱量組件，完成在拋光前以及拋光過程中自動地對拋光液組分進行穩(wěn)定，以穩(wěn)定拋光液黏度。在此基礎(chǔ)上，能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)剪切增稠拋光過程中拋光材料的穩(wěn)定性控制，得到高精度的拋光面型。