2021年12月，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所承擔(dān)的中科院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目“大口徑自由曲面光學(xué)元件機(jī)器人超精密復(fù)合加工平臺(tái)”獲得綜合驗(yàn)收優(yōu)秀。裝備首次在單臺(tái)機(jī)器人載體中實(shí)現(xiàn)多功能、智能化超精密研拋能力，成功應(yīng)用于國(guó)家重大任務(wù)光學(xué)元件研制，加工精度及效率相比傳統(tǒng)裝備工藝可提升80%以上。該裝備的成功研制，對(duì)于打破國(guó)外光學(xué)加工工藝和裝備的技術(shù)封鎖具有重要意義。
大口徑復(fù)雜曲面光學(xué)元件超精密加工技術(shù)是高功率激光、空間探測(cè)、納米光刻等高新技術(shù)領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有箱式數(shù)控拋光裝備有著動(dòng)態(tài)性能差、靈活度不足且造價(jià)高的缺陷，而機(jī)器人研拋裝備是解決以上問題的有效手段，但也面臨定位精度低、剛度低、振動(dòng)大導(dǎo)致的加工精度差缺陷，與國(guó)外同類型設(shè)備相比，我國(guó)差距較大。
在院研制項(xiàng)目支持下，團(tuán)隊(duì)提出機(jī)器人多功能加工平臺(tái)概念，將氣囊拋光、射流拋光、柔性光順、六自由度智能機(jī)器人系統(tǒng)等進(jìn)行創(chuàng)新集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化加工技術(shù)與智能機(jī)器人的有效融合，在單一裝備中可完成各類復(fù)雜曲面研-拋-修全流程工藝。針對(duì)大口徑光學(xué)元件機(jī)器人拋光全頻段誤差高精度加工瓶頸，突破不同工藝下機(jī)器人力、位、姿混合控制、復(fù)雜曲面自適應(yīng)路徑規(guī)劃、極窄邊緣效應(yīng)、稀疏化波紋控制以及超光滑表面生成等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多功能機(jī)器人拋光精度及效率的大幅提升，典型加工結(jié)果如圖1和圖2所示。
(a) 加工前 (b) 加工后
圖1 800mm標(biāo)準(zhǔn)鏡復(fù)合加工結(jié)果
(a) 加工前面形誤差 (b) 加工后面形誤差
(a) 加工前表面粗糙度 (b) 加工后表面粗糙度
圖2 48070mm2單晶硅長(zhǎng)條復(fù)合加工結(jié)果
圖3 機(jī)器人拋光平臺(tái)
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