智能研抛机器人加工大口径光学元件关键技术研究

作     者：李文宗 

作者单位：中国科学院研究生院（光电技术研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：范斌

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光学加工 智能研抛机器人加工技术 大口径光学元件 

摘      要：大型望远镜是探索宇宙不可或缺的工具,为观测更暗更远的天体,天文望远镜的口径迅速增大。伴随着巨型望远镜的建设热潮,大口径光学元件的需求也与日剧增,对大口径光学元件的加工效率和精度的要求也越来越高。大口径光学元件的加工方法有很多种中,目前多采用计算机数控小磨头加工技术(Computer Control Optical Surfacing Technology,简称CCOS)。工业机器人技术的快速发展,在各领域被广泛应用,机器人技术和计算机数控小磨头加工技术结合形成智能研抛机器人加工技术。采用机器人加工光学元件已成为大口径光学加工的一种发展方向。本论文以机器人作为加工手段,对智能研抛机器人加工大口径光学元件的关键技术进行研究。论文主要工作包括以下几个方面:1、首先测量机器人的自身误差包括轨迹点定位误差、磨盘压力误差和机器人末端速度误差,并分析机器人误差对光学加工结果的影响,给出不同口径磨盘与机器人误差对加工结果影响之间的关系。2、文章以普林斯顿假设和经典CCOS加工理论为基础,分析了智能研抛机器人加工技术的基本思想;根据机器人加工的特点,建立了机器人局部加工轨迹规划模型;本文通过改进型R-L反卷积算法计算驻留时间,并给出驻留时间和机器人末端速度转化模型;针对小磨盘加工大口径光学元件效率低、周期长的问题,提出了多机器人组合加工的模型。3文章简要叙述了机器人和磨头系统的机械结构,并采用MATLAB编写了机器人加工工艺软件和并根据MATLABUI模块完成了人机交互界面,用以指导加工。4、根据建立的机器人加工模型,在口径为1.2m的抛物面反射镜上进行研磨试验,面型精度从PV值1047um,RMS值293um收敛到PV值55um,RMS值6um,验证了机器人加工模型的有效性。本文的理论分析和实验结果对于应用机器人加工大口径光学元件具有一定的指导作用。