主轴复合运动控制方法和主轴复合运动控制系统技术方案

本申请公开了一种主轴复合运动控制方法，步骤包括：上位机对目标H‑Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数；所述上位机根据所述目标运动参数生成运动控制程序；电子凸轮控制器获取所述运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数；所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，以控制自转轴组件和平转轴组件的运动。通过主轴复合运动控制方法实现了H‑Z尖刀去除函数在平转轴和自转轴上的应用，实现了光学镜片的抛光，抑制了边缘效应。本申请还公开了一种基于该主轴复合运动控制方法的主轴复合运动控制系统。

【技术实现步骤摘要】
主轴复合运动控制方法和主轴复合运动控制系统
本专利技术涉及光学镜片加工
，特别涉及一种主轴复合运动控制方法。还涉及一种基于该主轴复合运动控制方法的主轴复合运动控制系统。
技术介绍
在光学镜片加工中，一般通过加工中心主轴驱动磨头对光学镜片的表面进行加工，磨头对镜片材料的去除分布及加工速率常用数学函数模型定量描述，该数学模型被称为去除函数。去除函数的理论模型一般基于Preston线性假设。待加工光学镜片的表面误差分布被称为面形误差。光学镜片加工的过程实际就是利用去除函数对面形误差进行卷积的过程，通过反卷积的求解可以得到驻留时间，即磨头在工件表面每点加工的停留时间。随着计算机技术的发展，上述过程可以通过计算机控制实现，该技术称为CCOS(英文全称为Computercontrolleropticalsurfacing)技术，现代光学加工普遍采用CCOS技术。磨头的运动形式不同，其得到的去除函数也不同。目前常用的一种去除函数为高斯型的去除函数，其在光学加工中具有较好的面形收敛效果。为了获得高斯型去除函数，主轴驱动磨头进行平转动运动实现了该型去除函数，即主轴为拐轴，拐轴的两端分别与驱动装置和磨头连接，主轴的转动轴线与磨头的中心轴线之间存在径向偏移，从而通过主轴旋转实现磨头的平转动。现有高斯型去除函数在解决待加工工件边缘处的收敛问题时，面临边缘效应：一方面，当磨头中心过于接近工件边缘(伸出率高)时，会引起边缘处压力集中，导致去除函数分布发生变化而影响去除精度，甚至造成磨头倾覆；反之，如果磨头伸出率低，去除函数峰值在工件内侧，造成工件边缘的材料去除量明显偏低，产生翘边。比如，当磨头运动到光学镜片边缘时，去除函数的峰值却无法到达镜片边缘，此时磨头中心距镜片边缘100mm，因此无论如何运算或控制驻留时间，考虑到镜片边缘磨头平转动存在偏心，则在90mm范围内总会出现由于去除峰值无法到达边缘而产生的翘边，这便是边缘效应产生“翘边”的原因；而当磨盘伸出镜片边缘尺寸增加，从而使峰值去除向镜片边缘移动时，翘边的区域宽度虽然会缩窄，但翘边问题依然存在，而且随着磨盘伸出镜片边缘尺寸增加，受力变化而导致的去除函数突变会导致去除量局部突增的风险增加，便产生了急“塌边”问题。因此，不能为了消除翘边而过多地增加磨头伸出镜片边缘的尺寸。这就造成了光学镜片的边缘无法完全卷积。为了解决高斯型去除函数在边缘处无法完全卷积的问题，最近公开了的一种H-Z尖刀去除函数，该去除函数通过两种运动合成来实现，即通过磨头的平转动和自转运动合成实现，在保持平转动高斯型去除函数优异的体积去除率等优点的基础上，使去除函数的峰值去除率向去除函数边缘移动，这样，即使磨头不必过多伸出光学镜片边缘也能使去除率峰值达到光学镜片的外边缘，从而在避免塌边的同时解决了翘边的问题，从算法上实现了光学镜片边缘处的类完全卷积收敛，实现了边缘效应的抑制，提高了磨头在工件边缘的材料去除效率。具体的H-Z尖刀去除函数可参见论文《提高大口径光学反射镜加工收敛效率的关键技术研究》中的描述。而如何利用H-Z尖刀去除函数实现光学镜片的抛光，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种主轴复合运动控制方法，以利用H-Z尖刀去除函数实现光学镜片的抛光。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于该主轴复合运动控制方法的主轴复合运动控制系统，以利用H-Z尖刀去除函数实现光学镜片的抛光。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种主轴复合运动控制方法，步骤包括：上位机对目标H-Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数；所述上位机根据所述目标运动参数生成运动控制程序；电子凸轮控制器获取所述运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数；所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，以控制自转轴组件和平转轴组件的运动。优选地，在上述的主轴复合运动控制方法中，在所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，控制自转轴组件和平转轴组件的运动后，还包括：所述电子凸轮控制器获取由所述自转轴组件和所述平转轴组件反馈的实际运动指令；所述电子凸轮控制器根据所述实际运动指令进行闭环计算，得到实际运动数据；所述上位机获取所述实际运动数据，并进行运动数据反算，生成实际运动参数；所述上位机根据所述实际运动参数得到实际H-Z尖刀去除函数；数据分析单元将所述实际H-Z尖刀去除函数与所述目标H-Z尖刀去除函数进行对比分析，使所述实际H-Z尖刀去除函数接近目标H-Z尖刀去除函数。优选地，在上述的主轴复合运动控制方法中，所述上位机生成目标运动参数后，在生成运动控制程序之前，还包括：所述上位机对所述目标运动参数进行安全性分析，如果安全性分析通过，则所述上位机生成所述运动控制程序。优选地，在上述的主轴复合运动控制方法中，所述目标运动参数包含磨头伸出率S、磨头偏心比e和尖刀系数k。优选地，在上述的主轴复合运动控制方法中，所述电机控制参数包括平转轴电机运动速度、平转轴电机运动加速度、平转轴运动周期、平转轴运动轨迹、自转轴电机运动速度、自转轴电机运动加速度、自转轴运动周期和自转轴运动轨迹。本专利技术还提供了一种主轴复合运动控制系统，包括上位机、电子凸轮控制器、自转轴组件和平转轴组件；所述上位机与所述电子凸轮控制器连接，所述自转轴组件和所述平转轴组件均与所述电子凸轮控制器连接；所述上位机用于对目标H-Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数，根据所述目标运动参数生成运动控制程序；所述电子凸轮控制器用于获取所述运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数，并发出闭环控制指令，以控制所述平转轴组件和所述自转轴组件运动。优选地，在上述的主轴复合运动控制系统中，还包括数据分析单元，所述电子凸轮控制器分别与所述平转轴组件和所述自转轴组件反馈连接，所述电子凸轮控制器与所述上位机反馈连接，所述数据分析单元与所述上位机反馈连接；所述电子凸轮控制器还用于接收所述平转轴组件和所述自转轴组件反馈的实际运动指令，并根据所述实际运动指令进行闭环计算，得到实际运动数据；所述上位机还用于获取所述电子凸轮控制器的所述实际运动数据，并进行运动数据反算，生成实际运动参数，根据所述实际运动参数得到实际H-Z尖刀去除函数；所述数据分析单元用于将所述实际H-Z尖刀去除函数与所述目标H-Z尖刀去除函数进行对比分析，使所述实际H-Z尖刀去除函数接近目标H-Z尖刀去除函数。优选地，在上述的主轴复合运动控制系统中，所述上位机还包括系统安全分析单元，用于对所述目标运动参数进行安全性分析，如果安全性分析通过，则所述上位机生成所述运动控制程序。优选地，在上述的主轴复合运动控制系统中，所述自转轴组件包括自转轴电机、第一伺服放大器和第一编码器。优选地，在上述的主轴复合运动控制系统中，所述平转轴组件包括平转轴电机、第二伺服放大器和第二编码器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的主轴复合运动控制方法中，上位机对目标H-Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数，根据目标运动参数生成运动控制程序；电子凸轮控制器获取运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数，发出闭环控制指令，以控制自转轴组件和平转轴组件的运动。通过主轴复合运动控制方法实现了H-Z尖刀去除函数在平转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主轴复合运动控制方法，其特征在于，步骤包括：上位机对目标H‑Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数；所述上位机根据所述目标运动参数生成运动控制程序；电子凸轮控制器获取所述运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数；所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，以控制自转轴组件和平转轴组件的运动。

【技术特征摘要】
1.一种主轴复合运动控制方法，其特征在于，步骤包括：上位机对目标H-Z尖刀去除函数进行模拟仿真，生成目标运动参数；所述上位机根据所述目标运动参数生成运动控制程序；电子凸轮控制器获取所述运动控制程序，在所述运动控制程序中添加电机控制参数；所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，以控制自转轴组件和平转轴组件的运动。2.根据权利要求1所述的主轴复合运动控制方法，其特征在于，在所述电子凸轮控制器发出闭环控制指令，控制自转轴组件和平转轴组件的运动后，还包括：所述电子凸轮控制器获取由所述自转轴组件和所述平转轴组件反馈的实际运动指令；所述电子凸轮控制器根据所述实际运动指令进行闭环计算，得到实际运动数据；所述上位机获取所述实际运动数据，并进行运动数据反算，生成实际运动参数；所述上位机根据所述实际运动参数得到实际H-Z尖刀去除函数；数据分析单元将所述实际H-Z尖刀去除函数与所述目标H-Z尖刀去除函数进行对比分析，使所述实际H-Z尖刀去除函数接近目标H-Z尖刀去除函数。3.根据权利要求2所述的主轴复合运动控制系统，其特征在于，所述上位机生成目标运动参数后，在生成运动控制程序之前，还包括：所述上位机对所述目标运动参数进行安全性分析，如果安全性分析通过，则所述上位机生成所述运动控制程序。4.根据权利要求1所述的主轴复合运动控制方法，其特征在于，所述目标运动参数包含磨头伸出率S、磨头偏心比e和尖刀系数k。5.根据权利要求1所述的主轴复合运动控制方法，其特征在于，所述电机控制参数包括平转轴电机运动速度、平转轴电机运动加速度、平转轴运动周期、平转轴运动轨迹、自转轴电机运动速度、自转轴电机运动加速度、自转轴运动周期和自转轴运动轨迹。6.一种主轴复合运动控制系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，胡海翔，罗霄，薛栋林，张学军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22