【摘要】：隨著光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛,對于光學(xué)元件的需求也逐漸增加。為滿足光學(xué)元件大批量、低成本生產(chǎn)要求,光學(xué)制造業(yè)必須尋求高效率、高精度、經(jīng)濟實用的加工手段。經(jīng)過多年的發(fā)展,光學(xué)制造業(yè)中產(chǎn)生了如離子束、磁流變、氣囊等許多新興技術(shù)與一系列加工設(shè)備,其加工精度和加工效率也有了一定的提高。但這些加工設(shè)備往往受到空間尺寸的限制,無法加工大口徑或特殊工件�；诠I(yè)機器人的高靈活度光學(xué)加工系統(tǒng)能夠滿足加工特殊工件的要求。本文以光學(xué)加工機器人為研究對象,針對現(xiàn)有機器人手臂剛性較低,在光學(xué)加工中存在定位誤差較大的缺點,從其運動特性出發(fā)開展研究工作,包括以下幾個方面的內(nèi)容:1.以普林斯頓假設(shè)和線性移不變假設(shè)為基礎(chǔ),建立磨頭材料去除模型。分析了磨盤三種常用運動方式,以及所對應(yīng)的去除函數(shù)模型。討論了機器人加工控制模型的駐留時間算法。2.基于Denavit-Hartenberg(DH)機器人描述方法,建立了光學(xué)加工機器人連桿坐標(biāo)系以及運動學(xué)計算模型,并在Matlab中仿真驗證了所建立的運動學(xué)模型與控制器中的運動學(xué)模型一致。提出了標(biāo)定磨頭工具坐標(biāo)系的方法以及標(biāo)定工件坐標(biāo)系的方法。在此基礎(chǔ)上分析了機器人加工系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系與面型定位原理。3.提出并使用激光跟蹤儀測量光學(xué)加工機器人重復(fù)定位誤差、絕對定位誤差、駐留點定位誤差以及運動精度。在此基礎(chǔ)上分析了光學(xué)加工機器人的駐留點定位誤差對駐留時間和加工軌跡的影響。通過加工仿真計算出機器人駐留點定位誤差對駐留時間及對去除量的影響。4.為驗證光學(xué)加工機器人的定位誤差對光學(xué)加工的影響:使用SIAI機器人均勻拋光Φ130mm平面鏡,并使用補償?shù)姆椒ㄊ沟萌コ空`差由53.38nm減小至26.64nm。將以上研究成果應(yīng)用到正式件的光學(xué)加工中:使用SIAI、Staubli等型號機器人加工Φ500mm離軸拋物面,從粗磨到拋光過度階段總共歷時26個加工周期,面型誤差從51.2832um收斂到3.7151um,并在在加工期間,使用誤差補償?shù)姆绞教岣吡?~10%的加工效率。
[Abstract]:With the increasing application of optical systems, the demand for optical components is increasing. In order to meet the requirements of mass production and low cost of optical components, the optical manufacturing industry must seek high efficiency, high precision and economical and practical processing methods. After years of development, many new technologies such as ion beam, magnetorheology, airbag and a series of processing equipment have been produced in the optical manufacturing industry. The machining accuracy and efficiency have also been improved. However, these processing equipment are often limited by space size, unable to process large caliber or special workpiece. The high flexibility optical machining system based on industrial robot can meet the requirements of machining special workpieces. In this paper, optical machining robot is taken as the research object. Aiming at the disadvantage of low rigidity of robot arm and large positioning error in optical machining, the research work is carried out from its motion characteristics, including the following aspects: 1. Based on Princeton hypothesis and linear shift invariant hypothesis, the material removal model of grinding head is established. This paper analyzes three kinds of common motion modes of grinding disc and the corresponding removal function model. The resident time algorithm of robot machining control model is discussed. 2. Based on the description method of Denavit-Hartenberg (DH) robot, the coordinate system and kinematics calculation model of optical machining robot are established. The simulation results in Matlab show that the kinematics model is consistent with the kinematics model in the controller. The calibration method of grinding tool coordinate system and the method of calibrating workpiece coordinate system are put forward. On this basis, the coordinate transformation relation and surface positioning principle of robot machining system are analyzed. 3. This paper presents and uses laser tracker to measure the error of repeated position, absolute position, resident point and motion of optical machining robot. On this basis, the effect of the location error of the dwell point on the dwell time and the machining path of the optical machining robot is analyzed. The effect of the location error of the robot's resident point on the dwell time and the removal amount is calculated by machining simulation. 4. In order to verify the effect of the positioning error of the optical machining robot on the optical processing, the 桅 130mm plane mirror is uniformly polished with the SIAI robot, and the removal error is reduced from 53.38nm to 26.64 nm by using the compensation method. The above research results are applied to the optical processing of official parts: the 桅 500mm off-axis parabola is processed by using SIAI,Staubli and other types of robots. It takes a total of 26 processing cycles from rough grinding to polishing transition, and the surface error converges from 51.2832um to 3.7151um. And in the processing period, the use of error compensation method improved the processing efficiency of 5% 10%.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：2320766