一种环抛机盘面修整系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种盘面修整系统及其工作方法，特别涉及一种环抛机的大尺寸圆环状盘面的盘面修整系统及其工作方法，属于平面环形抛光领域。

背景技术：

环形抛光加工是大口径光学元件抛光加工的传统方式，可获得较高的表面形貌。在环形抛光加工过程中，抛光盘的面型精度是影响工件加工精度的关键因素之一。因此，如何高效准确地对环形抛光机的抛光盘进行修整，直接关系到工件的表面面型精度。

在中国专利cn104191370a“全口径抛光中抛光盘表面形状的修整方法及装置”中公开了一种针对抛光盘表面形状的修整方法，该方法先检测抛光盘表面形状误差并确定修整装置的定点去除函数，然后设定覆盖整个抛光盘表面的修整路径，计算驻留时间后将修整路径和驻留时间输入数控加工系统中对盘面进行修整加工。此修整装置结构简单，控制确定性好，但是修整路线采用螺旋线形状，对装置的运动精度提出了较高的要求。

在中国专利cn105881215a“一种修整抛光机盘面的方法”中公开了一种修整抛光机盘面的方法，在抛光盘的上表面通热水、下表面通冷水的情况下，通过车刀的往复运动和研磨盘的圆周运动修整抛光机盘面形状，提高盘面精度。但是，该方法未提及盘面修正前的测量阶段及修整车刀的运动路径，在车刀修整过程中手动调节车刀的位姿和进给量，未和修整前盘面测量数据结合，难以实现抛光盘的少量经济性平坦化修整。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种修整车刀轨迹简单、易保证运动精度，可在盘面修整前进行盘面面型测量的基础上实现抛光盘经济性平坦化修整的应用在大型平面环形抛光机中的大尺寸圆环盘面的盘面修整系统及其工作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种环抛机盘面修整系统，包括主电源、工控机、运动控制卡和车刀集成装置；所述的主电源与工控机连接，所述的工控机的输出端经运动控制卡与车刀集成装置的输入端连接，所述的车刀集成装置的输出端与工控机的输入端连接；

所述的车刀集成装置包括变频器、x轴变频电机、变频电机编码器、辅助电源、伺服驱动器、z轴伺服电机和伺服电机编码器；所述的变频器与伺服驱动器并联，变频器和伺服驱动器的输入端分别与工控机的输出端连接；所述的变频器的输出端经x轴变频电机、变频电机编码器与工控机的输入端连接；所述的伺服驱动器的输出端经z轴伺服电机和伺服电机编码器与工控机的输入端连接；所述的辅助电源分别与变频器和伺服驱动器连接；

所述的主电源给工控机供电，工控机作为上位机将控制指令发送给运动控制卡，从而控制车刀集成装置；

所述的辅助电源给车刀集成装置中的变频器和伺服驱动器供电，变频器和伺服驱动器接收工控机发出的控制指令并转换为脉冲方向命令分别传输给x轴变频电机和z轴伺服电机；x轴变频电机和z轴伺服电机运动后，安装在各自电机轴上的变频电机编码器和伺服电机编码器分别将各自电机轴的位置信息传输回工控机中，实现车刀集成装置的x轴和z轴的半闭环控制；

所述的工控机安装盘面修整控制系统，所述的盘面修整控制系统基于labview平台开发，包括车刀集成装置控制单元、修整参数输入单元和修整动作控制单元；

所述的车刀集成装置控制单元控制主电源和辅助电源的开关以及变频器和伺服驱动器；修整参数输入单元接收用户操作界面输入的修整参数后传输至工控机进行信号处理，随后输入至车刀集成装置控制单元，控制变频器和伺服驱动器，从而控制x轴变频电机和z轴伺服电机；修整动作控制单元控制整个盘面修整过程的开始及结束，将修整参数实时显示在用户操作界面中，便于操作人员管理。

一种环抛机的盘面修整系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：使用对刀块将盘面面形测量装置的测头和车刀集成装置的修整车刀对刀，将盘面面型测量装置的测头位置坐标和盘面修整系统的x轴、z轴位置坐标统一，并使x轴、z轴带动修整车刀运动至修整起点；

步骤二：将盘面面型测量装置获取的盘面各点位置坐标数据传入工控机，工控机中的盘面修整控制系统通过labview平台中“读取文件”子vi函数逐一读取盘面各点的位置坐标；

步骤三：使用labview平台中的循环结构，基于统计学准则逐一剔除异常数据后传入二维数组a中，完成数据的逐一比较后将各点平均位置逐一作差，求出除去第一点的各点单次修整相对位移量并传入二维数组b中；

步骤四：将步骤三所述的二维数组b按照修整次数求平均值后传入单次线性插补位移量的二维数组c中，对x轴和z轴所在的群组执行路径规划模式命令，工控机通过控制变频器和伺服驱动器分别控制x轴变频电机和z轴伺服电机每次进给单次线性插补的位移量，传输至由x轴变频电机和z轴伺服电机组成的群组中，对群组执行路径规划模式命令，将位置坐标信息按照修整次数求平均值后传入数组，在抛光盘作匀速旋转运动的同时，工控机通过控制变频器和伺服驱动器分别控制x轴变频电机和z轴伺服电机作直线插补运动，每次进给单次线性插补的位移量，当到达单次修整终点时自动加载下一条路径直至剩余路径数量为零，修整过程结束，与此同时修整参数和进度在用户操作界面中实时显示。

进一步地，步骤三所述的统计学准则根据数据个数n选择，具体选择方式为：

当3≤n<25时，选择狄克逊准则；

当25≤n≤185时，选择格拉布斯准则；

当n>185时，选择拉依达准则。

进一步地，步骤四所述的单次线性插补的位移量的平均值按照各点位置坐标信息求平均值的方法求出，或根据实际情况需要实时调整单次修整的相对位移量。

进一步地，步骤四所述的路径规划模式根据修整次数和修整路线计算出单次修整的相对位移量，一次性加载所有修整路径到工控机中，修整流程开始后修整路线被逐一读取并实现，直至加载完所有修整路径。

本发明的有益效果是：

本发明主要应用于抛光盘直径在1200mm以上的大尺寸环形抛光机的抛光盘修整，盘面修整控制系统基于labview平台开发，程序互动性强，修整参数和进度在用户操作界面中可实时显示，每一次进给的修正量都在系统后台显示，必要时可调出进行检查。在抛光盘作匀速旋转运动时车刀集成装置作直线插补运动，车刀装置运动简单，在单步修整过程的运动精度可达0.002mm，在抛光盘半径范围的运动精度可达0.01mm。修整过程中车刀集成装置的进给量可由修整前对盘面的测量获得，在测量动作结束后立即进行在位修整，节约抛光盘装卸时间，避免重复装卸对抛光盘安装精度产生的影响，可实现抛光盘的多次可控性修整，提高经济性。

附图说明

图1为盘面修整系统硬件逻辑关系示意图。

图2为盘面修整控制系统组成示意图。

图3为盘面修整系统操作界面示意图。

图4为盘面修整过程流程示意图。

图5为盘面修整路线示意图。

图中：1-主电源，2-工控机，3-运动控制卡，4-变频器，5-x轴变频电机，6-变频电机编码器，7-辅助电源，8-伺服驱动器，9-z轴伺服电机，10-伺服电机编码器。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式仅是示意性而不是限制性的，凡利用本发明说明书及附图相关内容所作的等效结构或控制流程及思想，或直接或间接地运用在其他相关领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

如图1-4所示，一种环抛机盘面修整系统，包括主电源1、工控机2、运动控制卡3和车刀集成装置；所述的主电源1与工控机2连接，所述的工控机2的输出端经运动控制卡3与车刀集成装置的输入端连接，所述的车刀集成装置的输出端与工控机2的输入端连接；

所述的车刀集成装置包括变频器4、x轴变频电机5、变频电机编码器6、辅助电源7、伺服驱动器8、z轴伺服电机9和伺服电机编码器10；所述的变频器4与伺服驱动器8并联，变频器4和伺服驱动器8的输入端分别与工控机2的输出端连接；所述的变频器4的输出端经x轴变频电机5、变频电机编码器6与工控机2的输入端连接；所述的伺服驱动器8的输出端经z轴伺服电机9和伺服电机编码器10与工控机2的输入端连接；所述的辅助电源7分别与变频器4和伺服驱动器8连接；

所述的主电源1给工控机2供电，工控机2作为上位机将控制指令发送给运动控制卡3，从而控制车刀集成装置；

所述的辅助电源7给车刀集成装置中的变频器4和伺服驱动器8供电，变频器4和伺服驱动器8接收工控机2发出的控制指令并转换为脉冲方向命令分别传输给x轴变频电机5和z轴伺服电机9；x轴变频电机5和z轴伺服电机9运动后，安装在各自电机轴上的变频电机编码器6和伺服电机编码器10分别将各自电机轴的位置信息传输回工控机2中，实现车刀集成装置的x轴和z轴的半闭环控制；

所述的工控机2安装盘面修整控制系统，所述的盘面修整控制系统基于labview平台开发，包括车刀集成装置控制单元、修整参数输入单元和修整动作控制单元；

所述的车刀集成装置控制单元控制主电源1和辅助电源7的开关以及变频器4和伺服驱动器8；修整参数输入单元接收用户操作界面输入的修整参数后传输至工控机2进行信号处理，随后输入至车刀集成装置控制单元，控制变频器4和伺服驱动器8，从而控制x轴变频电机5和z轴伺服电机9；修整动作控制单元控制整个盘面修整过程的开始及结束，将修整参数实时显示在用户操作界面中，便于操作人员管理。

一种环抛机的盘面修整系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：使用对刀块将盘面面形测量装置的测头和车刀集成装置的修整车刀对刀，将盘面面型测量装置的测头位置坐标和盘面修整系统的x轴、z轴位置坐标统一，并使x轴、z轴带动修整车刀运动至修整起点；

步骤二：将盘面面型测量装置获取的盘面各点位置坐标数据传入工控机2，工控机2中的盘面修整控制系统通过labview平台中“读取文件”子vi函数逐一读取盘面各点的位置坐标；

步骤三：使用labview平台中的循环结构，基于统计学准则逐一剔除异常数据后传入二维数组a中，完成数据的逐一比较后将各点平均位置逐一作差，求出除去第一点的各点单次修整相对位移量并传入二维数组b中；

步骤四：将步骤三所述的二维数组b按照修整次数求平均值后传入单次线性插补位移量的二维数组c中，对x轴和z轴所在的群组执行路径规划模式命令，工控机2通过控制变频器4和伺服驱动器8分别控制x轴变频电机5和z轴伺服电机9每次进给单次线性插补的位移量，传输至由x轴变频电机5和z轴伺服电机9组成的群组中，对群组执行路径规划模式命令，将位置坐标信息按照修整次数求平均值后传入数组，在抛光盘作匀速旋转运动的同时，工控机2通过控制变频器4和伺服驱动器8分别控制x轴变频电机5和z轴伺服电机9作直线插补运动，每次进给单次线性插补的位移量，当到达单次修整终点时自动加载下一条路径直至剩余路径数量为零，修整过程结束，与此同时修整参数和进度在用户操作界面中实时显示。

进一步地，步骤三所述的统计学准则根据数据个数n选择，具体选择方式为：

当3≤n<25时，选择狄克逊准则；

当25≤n≤185时，选择格拉布斯准则；

当n>185时，选择拉依达准则。

进一步地，步骤四所述的单次线性插补的位移量的平均值按照各点位置坐标信息求平均值的方法求出，或根据实际情况需要实时调整单次修整的相对位移量。

进一步地，步骤四所述的路径规划模式根据修整次数和修整路线计算出单次修整的相对位移量，一次性加载所有修整路径到工控机2中，修整流程开始后修整路线被逐一读取并实现，直至加载完所有修整路径。

本发明的实施例如下：

如图5所示，以三次修整次数为例，盘面修整控制系统的车刀集成装置运动轨迹呈往复循环状，修整起点为a，工控机2向伺服驱动器8发出脉冲方向指令，控制z轴伺服电机9带动修整车刀竖直运动到按修整次数求平均值后的第一个修整起点，即修整起点b，随后加载单次线性插补的位移量，修整车刀作线性插补运动，对盘面进行第一次修整。到达修整终点后修整车刀竖直抬起，水平运动回到修整起点b，修整车刀竖直运动到按修整次数求平均值后的第二个修整起点，即修整起点c，重复修整过程，直至按照路径规划模式将所有路径加载完成，修整车刀从最后一个修整起点d处竖直运动，回到修整起点a。