工业机器人在离轴非球面抛光中的坐标变换.pdf

第 10卷 第 36期 2010年 12月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．10 No．36 Dec．2010 1671— 1815(2010)36—9103—04 ScienceTechnologyandEngineering @ 2010 Sci．Tech．Engng． 工业机器人在离轴非球面抛光中的坐标变换 郭晓凌 沙晟春 (中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083) 摘 要 提出了利用工业机器人模拟人工手修在光学器件抛光过程中的应用技术，并分析该技术的优势。在工业机器人加 工过程中，对于曲面方程 已知的自由曲面，要保持加工工具与被加工工件表面法线方向一直，提出了针对这种需求的空间坐 标转换算法，并通过转换成机器人内部编程代码来实现。试验结果证明该算法稳定可靠，机器人对 自由曲面加工过程中，在 路径上每个离散点保持工具垂直于镜面。 关键词 工业机器人 非球面 坐标变换 抛光加工 中图法分类号 TP242．2； 文献标志码 A 离轴非球面的光学元器件有着非常广泛的应 大的同轴光学元件 ，或者对离轴量不大的非球面进 用需求，因此对于它的加工技术一直是最近光学加 行子孔径的研抛。 目前精度高的铣磨系统存在加 工方面研究的重点和难点 ¨J。研究采用工业机器 工 口径受限、设备昂贵、对加工环境要求高等 问题， 人模拟人手抛光的方式对离轴非球面光学元件进 所以其应用范围还得不到普及 。另一方面，传统 行抛光。工业机器人具有稳定性和高效性，六轴联 的手工抛光方式也能实现高精度抛光，并且对于反 动的机器人能实现空间全 自由度，并且_丁作范围 射镜的离轴量和形状要求低，但是缺点也很明显： 大 ，在越来越多的领域中得到广泛应用 J。 耗时长，效率低 ，对操作人员的经验技术要求 比较 试验设备采用 ABB公司型号为 IRB2400L型机 高，可重复性差，现场粉尘 噪音影 响操作人员健 器人，工作区域最大平面可以达到3米范围。整个 康等。 加工过程中，采用沥青抛光盘作为研磨工具，避免 相对于高精度铣磨技术，工业机器人价格成本 硬铣磨过程中对工件的切削和高应力带来的损伤。 低很多，而且对于加工环境要求并不苛刻。在结构 为了实现加工过程 中加工工具时刻垂直于反射镜 方面，工业机器人具有一些铣磨设备所不具备的六 轴联动模式，实现三维空间全 自由度 ，在活动空间 镜面，必须完成机器人基座标、工件坐标和工具坐 标之间的坐标空间转换，现提出转换算法，并导入 内可以从任意角度对任意位置 的工件进行加工 。 机器人运行程序代码 中实现。 另一方面，工业机器人操作起来也没有铣磨机复 杂，因此也就降低了对操作人员的培训成本。并 且，工业机器人的维护 比较方便，只需要定期添加 1 工业机器人抛光优势分析 润滑油和进行 电机校准即可 。 相对于传统手修抛光，工业机器人保证了高精 近年来高精度铣磨技术对于非球面光学元件 度定位 ，能实现抛光过程 中对去除量 的可重复性、 的加工水平越来越高，但是该技术只适用于尺寸不 可测量性的研究。它具有稳定性，避免了操作人员 2010年 9月27日收到 工作过程中的疲劳状态造成的影响。同时，利用机 第