[發明專利]基于柔性測頭的超精密原位測量裝置及超精密加工方法

有效

• 申請號: 201010031317.3
• 申請日: 2010-01-07
• 公開（公告）號: CN101797703A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 張效棟;房豐洲;程穎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23Q17/24
• 分類號: B23Q17/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于柔性測頭的超精密原位測量方法，所采用的測量裝置包括柔性測頭、傳像光 纖、耦接鏡、高精密轉臺和光學三維測量系統，柔性測頭被置于高精密轉臺上，其中 心位于轉臺的旋轉軸的軸線上，柔性測頭采集的被測面圖像，依次通過傳像光纖、耦 接鏡被傳送至光學三維測量系統，該方法包括下列步驟：

(1)建立加工系統的XYZ加工坐標系，使轉臺旋轉軸平行于加工坐標系X軸，并裝 配柔性測頭，使其通過通過傳像光纖、耦接鏡與光學三維測量系統相連；

(2)標定柔性測頭，確定測頭端面和旋轉軸軸線的距離d；

(3)對所需加工工件進行粗加工和超精密加工；

(4)設由柔性測頭的旋轉角度為θ，以機床的定位移動確定刀具和測頭的X方向偏 差ΔX，進行原位測量，由柔性測頭直接得到的加工表面的測量數據點為(x₁， y，z₁)，則該點在加工系統的XYZ坐標系中絕對加工坐標為(dcosθ+x1+Δ X，y，dsinθ+z₁)；

(5)將加工表面的絕對加工坐標點直接和所加工工件的面形模型數據進行比較，得 到其加工面形誤差數據；

(6)依據面形誤差數據進行加工路徑修正和補償加工，通過反復的原位測量和補償 加工，實現工件可控面形的超精密加工。

2.根據權利要求1所述的基于柔性測頭的超精密原位測量方法，其特征在于，第(1) 步中提到的柔性測頭的裝配步驟為：

(1)設計耦接鏡，連接傳像光纖和測量系統，在光纖另一端固定物鏡，以作為柔性 測頭；

(2)將高精密轉臺固定于一剛性平臺上，將剛性平臺固定于加工機床上，并將高精 密轉臺和加工刀架及刀具平行放置；

(3)將柔性測頭通過夾具固定于高精密轉臺，調整使其中心位于轉臺旋轉軸的軸線 上；

(4)以加工機床的加工平面作為基準平面，調整刀具和柔性測頭的位置在加工坐標 系Y方向和Z方向上的對正。

3.根據權利要求1所述的基于柔性測頭的超精密原位測量方法，其特征在于，第(2) 步中的柔性測頭標定步驟為：采用裝配好的柔性測頭對標準凹球冠的橫向中心線進行 測量，則所有由柔性測頭直接得到的所有測量點(x₁，z₁)均與軸線方向、旋轉角度θ 及機床對應坐標(x₀，z₀)相關，且滿足球面方程，利用測量點建立的球面方程組， 借助最優化計算方法確定測頭端面和旋轉軸軸線的距離d。