超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法技术方案

本技术方案属于超精密加工技术领域，具体涉及一种超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法，包括透明刀具

【技术实现步骤摘要】
超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法


[0001]本技术方案涉及超精密加工
，特指一种超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法
。

技术介绍

[0002]超精密加工是指加工精度高于
0.1
μ
m
，加工表面粗糙度小于
10nm
的加工方法
。
超精密切削加工基于金刚石刀具硬度高
、
耐磨性好
、
切削刃锋利的特点，实现高精度
、
超光滑表面的加工
。
超精密切削加工的表面质量不仅取决于加工装备
、
实验环境，还需要通过精密测量技术进行实时的反馈与补偿
。
[0003]传统超精密切削加工的表面粗糙度检测是通过离线检测实现，具体来说就是在检测时将工件从加工位置移开，在标准仪器或其他位置进行测量与分析
。
[0004]离线检测需要移动工件至指定区域才能完成测量，测量效率较低
。。

技术实现思路

[0005]为了提高超精密切削加工中工件表面测量效率，本专利技术提出了一种基于激光散射特性的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法
。
[0006]本技术方案的目的是这样实现的：
[0007]一种超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统与方法，应用于加工设备，所述加工设备包括供工件安装的主轴以及供刀具安装的刀架，刀架相对于主轴可滑移，且刀架与主轴的相对滑移方向沿垂直于主轴转动轴线的方向，包括透明刀具
、
激光发生装置以及散射光检测装置；
[0008]所述透明刀具安装于刀架用于加工被安装在主轴的工件表面；
[0009]所述激光发生装置具有发射端，所述发射端与所述透明刀具相对固定，所述发射端用于射出入射光并使入射光穿过透明刀具后聚焦于工件表面的测量点，所述测量点为工件被透明刀具切削后形成；
[0010]所述散射光检测装置包括处理器以及与处理器连接的光电探测器，所述光电探测器具有散射接收端，所述散射接收端用于接收经所述测量点散射后的散射光，所述处理器用于输出光电探测器获取的散射光光强
P
；
[0011]其中，所述测量点的粗糙度
K
为常数
。
[0012]通过上述技术方案，以透明刀具作为激光传递介质，通过在透明刀具切削加工过程中，透明刀具相对工件全表面运动，在完成全表面加工过程中，实时检测各个测量点的散射光信号，收集工件被加工表面的散射光信息，实时测量超精密切削加工表面的轮廓，不需要将工件从主轴卸下后移动至指定区域进行表面检测，提高工件表面的测量效率
。
[0013]散射光检测，测量精度高
。
散射光信号对于超精密加工表面的轮廓波动敏感度高，变化更加明显，适用于高加工精度的表面测量，而反射光信号对微小缺陷的敏感度弱于散射光，通过检测散射光对工件表面轮廓进行检测有效提高测量精度，能够辨识更小细小的
加工缺陷；同时，保证了测量结果的时效性，避免了工件移动到测量区域这个过程加工面受到环境干扰造成的动态变化，提高了测量结果的准确度与可靠性
。
[0014]优选地，还包括反射光吸收装置，所述反射光吸收装置具有反射光接收端，所述反射光接收端与所述透明刀具相对固定，所述反射光接收端用于接收经所述测量点反射后的反射光并通过反射光吸收装置吸收
。
[0015]通过上述技术方案，通过反射光吸收装置及时将反射光吸收，减少反射光对于散射光测量的干扰，有助于提高测量精度
。
[0016]优选地，所述透明刀具与工件的接触点为加工点，所述测量点靠近所述加工点设置，所述测量点位于加工点相对于主轴转动方向的前方
。
[0017]通过上述技术方案，测量点靠近加工点的设定，进一步提升了实时性
。
即工件的加工点刚被透明刀具切削加工后就移动至入射光的聚焦点成为测量点，及时性更好
。
此外，在透明刀具加工点对工件切削时，其产生切屑基于透明刀具与工件的接触形成遮挡，使得切屑不会直接飞溅至被测量点，进而使得检测的精度更好更稳定
。
[0018]优选地，所述测量点与透明刀具上入射光透出处之间留有缝隙
。
[0019]通过上述技术方案，通过缝隙确保测量点处不与工件端面接触，确保测量点处加工工件为完全加工好的位置，同时，缝隙宽度固定的情况下，光强损耗量是固定值，方便确定最终的表面轮廓情况
。
[0020]优选地，所述激光发生装置包括激光源和第一共聚焦组件，所述第一共聚焦组件包括依次供激光通过的聚焦透镜一
、
偏振片一
、
聚焦透镜二
、
光阑一以及物镜，激光通过第一共聚焦组件后射向所述透明刀具
。
[0021]通过上述技术方案，通过共聚焦组件提升分辨率，使得检测更加精准
。
[0022]优选地，所述散射光检测装置包括第二共聚焦组件，所述第二共聚焦组件包括依次供散射光通过的聚焦透镜三
、
偏振片二
、
聚焦透镜四
、
以及光阑二，散射光通过第二共聚焦组件后射向所述散射接收端
。
[0023]优选地，还包括校正组件，所述校正组件包括可变形镜
、
波前传感器
、
波前控制器以及分束镜，所述可变形镜位于所述偏振片一与所述聚焦透镜二之间用于导向入射光，所述波前控制器与所述可变形镜连接，所述分束镜位于偏振片二与聚焦透镜四之间用于将通过偏振片的散射光分成两束光，一束射向所述聚焦透镜四，另一束射向所述波前传感器，所述波前传感器与所述波前控制器连接，并将接收到的信号传输至所述波前控制器以控制可变形镜调节
。
[0024]通过上述技术方案，测量过程由于环境造成的像差，通过校正组件可以进行校正，提升测量的准确性
。
[0025]优选地，所述散射光检测装置包括第二共聚焦组件，所述第二共聚焦组件包括依次供散射光通过的聚焦透镜三
、
偏振片二
、
聚焦透镜四
、
以及光阑二，散射光通过第二共聚焦组件后射向所述散射接收端
。
[0026]优选地，所述聚焦透镜三相对于透明刀具滑移，且所述聚焦透镜的相对滑移方向沿主轴的延伸方向
。
[0027]本申请还提供了一种超精密切削加工表面粗糙度在线测量方法采用了上述任一所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，包括以下步骤：
[0028]调整透明刀具与工件的相对位置，使得透明刀具与工件接触形成加工点；
[0029]调整超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，使得使入射光穿过透明刀具后聚焦于测量点，调整散射光检测装置使光电探测器能够检测到散射光；
[0030]工件与透明刀具相对运动形成切削，光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，应用于加工设备，所述加工设备包括供工件
(9)
安装的主轴
(7)
以及供刀具安装的刀架
(8)
，刀架
(8)
相对于主轴
(7)
可滑移，且刀架
(8)
与主轴
(7)
的相对滑移方向沿垂直于主轴
(7)
转动轴线的方向，其特征在于，包括透明刀具
(10)、
激光发生装置
(11)
以及散射光检测装置
(12)
；所述透明刀具
(10)
安装于刀架
(8)
用于加工被安装在主轴
(7)
的工件
(9)
表面；所述激光发生装置
(11)
具有发射端，所述发射端与所述透明刀具
(10)
相对固定，所述发射端用于射出入射光并使入射光穿过透明刀具
(10)
后聚焦于工件
(9)
表面的测量点，所述测量点为工件
(9)
被透明刀具
(10)
切削后形成；所述散射光检测装置
(12)
包括处理器
(121)
以及与处理器
(121)
连接的光电探测器
(122)
，所述光电探测器
(122)
具有散射接收端，所述散射接收端用于接收经所述测量点散射后的散射光，所述处理器
(121)
用于输出光电探测器
(122)
获取的散射光光强
P
；其中，所述测量点的粗糙度
R
a
＝
K√P
，
K
为常数
。2.
根据权利要求1所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，其特征在于：还包括反射光吸收装置
(13)
，所述反射光吸收装置
(13)
具有反射光接收端，所述反射光接收端与所述透明刀具
(10)
相对固定，所述反射光接收端用于接收经所述测量点反射后的反射光并通过反射光吸收装置
(13)
吸收
。3.
根据权利要求1所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，其特征在于：所述透明刀具
(10)
与工件
(9)
的接触点为加工点，所述测量点靠近所述加工点设置，所述测量点位于加工点相对于主轴
(7)
转动方向的前方
。4.
根据权利要求1所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，其特征在于：所述测量点与透明刀具
(10)
上入射光透出处之间留有缝隙
。5.
根据权利要求1所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，其特征在于：所述激光发生装置
(11)
包括激光源
(111)
和第一共聚焦组件
(112)
，所述第一共聚焦组件
(112)
包括依次供入射光通过的聚焦透镜一
(1121)、
偏振片一
(1122)、
聚焦透镜二
(1123)、
光阑一
(1124)
以及物镜
(1125)
，入射光通过第一共聚焦组件
(112)
后射向所述透明刀具
(10)。6.
根据权利要求5所述的超精密切削加工表面粗糙度在线测量系统，其特征在于：所述散射光检测装置
(12)
包括第二共聚焦组件
(123)
，所述第二共聚焦组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远流，曹中浩，刘嘉骏，陈冲，魏中华，杜姗，吴晓峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：