[发明专利]基于多自由度电机的光学元件加工及检测平台

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学元件的加工及检测平台，尤其是涉及一种基于多自由度电机的光学元件加工及检测平台。

背景技术

随着光学元件超精密加工的发展，光学元件广泛地应用于各种光学系统中。尤其自由曲面光学元件在光学系统中能够矫正多种像差，提高系统的分辨能力，提高光学系统精度，增大作用距离，使得光学系统的成像质量大大提高。因此，对光学元件的加工与检测提出了更高的要求。

随着机械手等高精度复杂控制系统的发展，对于驱动机构精密度和稳定性能的要求日益提高。因为多自由度电机结构简单，运动灵活，驱动、控制迅速而协调，受到了国内外学者的广泛关注。稀土永磁体的多自由度电机，可以大大提高电机磁能积，有效提高电机的运行效率，减小电机的体积，提高电机的可控性。此外稀土永磁类型的多自由度电机克服了异步电机固有的伺服特性相对较差的先天性缺点。Yusuf Oner提出了一种新型永磁多自由度电机模型，具有结构简单、可靠性高的特点。（参考文献：李争.一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计[J].机电与控制学报，2012，（07）:65-71.）

在光学元件尤其是自由曲面光学元件的加工与检测过程中，往往需要保证工件表面局部法线与加工/检测工具的轴线重合，这涉及到空间中的旋转运动控制，一般空间中每个方向的旋转运动都需要一个电机来控制实现，由于自由曲面光学元件上各点法线在三维方向都不相同，因此在加工/检测自由曲面时就需要至少三个旋转电机实现法线的变化，这不仅增加了机床机械结构和检测过程中运动控制算法的复杂程度，也不可避免得引入了多个电机空间误差的叠加。针对以上情况，本发明提出一种基于多自由度电机的光学元件加工及检测平台，在简化机床结构的同时可以避免多个电机空间误差叠加并降低检测过程中的运动控制算法的复杂度从而提高检测精度。

发明内容

本发明的目的在于针对光学元件尤其是自由曲面光学元件加工及检测过程中，需要保证工件表面局部法线与加工/检测工具的轴线重合的情况，提供一种采用多自由度电机控制取代传统的多个电机共同作用实现多自由度旋转，在简化机床结构的同时可以避免多个电机空间误差叠加并降低检测过程中的运动控制算法的复杂度从而提高检测精度的基于多自由度电机的光学元件加工及检测平台。

本发明设有Y轴导轨、Y轴直线电机、横梁、立柱、工件、工作台、电磁吸盘、夹具、联轴器、多自由度电机、电机固定座、滑动板、滑块、X轴导轨、电机连接座、X轴电机、底座、丝杆、丝杆螺母、Z轴导轨、加工/检测工具、Z轴直线电机、加工/检测工具连接座、控制系统。

工件通过夹具固定在工作台上，工作台与联轴器相连，联轴器下方接多自由度电机，工件在多自由度电机带动下可以进行三自由度旋转；多自由度电机固定在电机固定座上，电机固定座通过螺栓与底座相连；通过X轴电机、丝杆、丝杆螺母、X轴导轨和滑块实现多自由度电机沿X轴方向的往返运动；所述立柱设于底座上，Z轴导轨和Z轴直线电机设在立柱上，用于驱动横梁沿Z轴方向的往返运动；Y轴导轨和Y轴直线电机设在横梁上，用于驱动探针/抛光工具连接座沿Y轴方向的往返运动；通过横梁及探针/抛光工具连接座的运动实现探针/抛光工具沿Z轴、Y轴的运动；Y轴直线电机、Z轴直线电机、X轴电机和多自由度电机与控制系统连接。

所述多自由度电机可设有8个独立的定子线圈和永磁球状转子，永磁球状转子设有4极稀土永磁，每个定子线圈由一个相应的柱形铁心支承和导磁；多自由度电机通过多自由度电机轴来传递球状转子上的力矩到工作台；所述8个独立的定子线圈分两层放置，从而驱动球状转子做3自由度运动。永磁球状转子放在多自由度电机的几何中心。永磁球状转子可做自转±180°和偏转±45°运动，多自由度电机轴的运动方向和运动速度是由8个定子线圈的通电方式和电流大小所决定。

本发明利用传统机械结构实现加工/检测工具和工件在X、Y、Z三轴方向上的相对平移运动，采用多自由度电机控制取代传统的多个电机共同作用实现加工/检测工具绕X、Y、Z三轴的旋转运动，使得光学元件尤其是自由曲面光学元件在加工/检测过程中，加工/检测点局部法线与加工/检测工具的轴线重合。在简化机床结构的同时可以避免多个电机空间误差叠加并降低检测过程中的运动控制算法的复杂度从而提高检测精度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中采用的多自由度电机模型示意图。

图3为本发明实施例中采用的的多自由度电机剖视示意图。

图4为本发明实施例的实施方式示意图。