一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统技术方案

本发明专利技术涉及超精密切削技术领域，特指一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统，包括压电陶瓷力感知单元，其受到所述单点金刚石刀具的作用力并产生电荷信号至外部的后处理模块，后处理模块包括：前置电荷放大电路，低通滤波电路，ADC模块，DSP信号处理器和计算机；计算机，基于每一时刻动态变化力f

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统


[0001]本专利技术涉及超精密切削
，特指一种基于压电陶瓷传感器的超精密切 削准静态力检测系统。

技术介绍

[0002]超精密切削技术，采用纳米机定位精度的超精密车床和刃口锋利、硬度高、 耐磨性好的金刚石作为刀具，通过精确控制刀具与工件之间相对运动轨迹来形成 几何表面，获得纳米级表面粗糙度和亚微米级形状精度微纳结构表面。该技术是 制造具有微纳米精细结构或高精度形貌的光学元件的重要手段，广泛应用在航空 航天、国防军工、信息通讯、生命科学和材料科学等领域，是超精密加工领域中 的重要分支。
[0003]针对工件的加工尺寸极端化、加工面形复杂化、加工结构精细化的发展趋势， 以及跨尺度微纳结构表面(微纳米精细结构在大尺寸范围内根据一定几何规律大 规模分布而形成的一类具有特定功能的表面)的市场前景，需要对跨尺度加工的 超长时、高动态过程进行有效的在线检测。
[0004]切削力可以反映加工状态的有效信息，因此，常通过实时检测切削力的变化 来在线检测超精密切削加工状态。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统，包括压电陶瓷力感知单元(1)，其设置在超精密切削系统(14)的加工端，并用于装载单点金刚石刀具(13)；所述压电陶瓷力感知单元(1)受到所述单点金刚石刀具(13)的作用力并产生电荷信号至外部的后处理模块，其特征在于，所述后处理模块包括：前置电荷放大电路(5)，用于放大压电陶瓷力感知单元(1)检测到的信号；低通滤波电路(6)，用于对前置电荷放大电路的输出信号进行过滤；ADC模块(7)，用于将低通滤波电路(6)传递过来的电压信号转换为相应的数字信号；DSP信号处理器(9)，用于数据的实时处理，并将处理后的数据传给计算机(8)；计算机(8)，基于每一时刻动态变化力f
i
的求解，通过对前i时刻动态变化力的累加，得到第i时刻作用在压电陶瓷力传感器上的实际作用力F
i
；T为i时刻与i
‑
1时刻的时间间隔；τ为电荷泄露衰减的时间常数；U
i
为当前时刻的前置电荷放大电路实际的电压输出；U
i
‑1e
‑
T/τ
为上一时刻电压输出U
i
‑1经电荷泄露效应的衰减结果；c为前置电荷放大电路的输出电压与压电陶瓷受力值的线性系数。2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统，其特征在于，所述后处理模块还包括：电荷泄露动态补偿模块(10)，其基于相邻两时刻输出电压变化值|u
i
‑
u
i
‑1|与电路噪声阈值u
th1
，以及电压变化值|u
i
‑
u
i
‑1|与周期时间T内电压衰减阈值u
th2
＝u
i
‑1(1
‑
e
‑
T/τ
)对当前时刻的前置电荷放大电路的电压输出U
i
进行补偿。3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统，其特征在于，所述后处理模块还包括：偏置电流补偿模块(11)，其基于预先标定的输出电压偏离与时间相关的斜率值k1，对i时刻电压值U
i
进行动态的补偿U
i
＝U
i
‑
k1·
i。4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测系统，其特征在于，所述后处理模块还包括：温度补偿模块(12)，其基于预先标定的输出电压变化与温度变化相关的斜率值k2，对i时刻电压值U
i
进行动态的补偿U
i
＝U
i
‑
k2·
ΔT
i
，其中ΔT
i
是i时刻环境温度相对于初始时刻环境温度的变化值。5.一种基于压电陶瓷传感器的超精密切削准静态力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，实时检测压电陶瓷力传感器上的电压信号，并记录该时刻电荷放大器输出值U
i
；切削开始时，首次检测到的电荷放大器输出值U
i
为该时刻的电荷放大器实际的输出电压U1，计算压电陶瓷力传感器首次的实际作用力c为电荷放大器输出电压与压电陶瓷受力值的线性系数；步骤二，利用当前时刻的电荷放大器输出值U
i
和上一时刻的电荷放大器输出值U
i
‑1，来计算由于动态力产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远流，陈甫文，林焕彬，李忠伟，居冰峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：