[發明專利]激光原位壓頭印壓工件成孔過程中的原位檢測方法

有效

• 申請號: 202110439086.8
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113218317B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 石廣豐;孟巳崴;張景然;李俊燁;李洪達;鄒春陽;宋林森;許金凱;史國權
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01B11/12
• 分類號: G01B11/12;G01B11/24;G01B11/27
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產權代理事務所(普通合伙) 21266
• 代理人: 王建男

本發明涉及激光壓頭的檢測技術領域，激光原位壓頭印壓工件成孔過程中的原位檢測方法，具體為按照已有預定工序成孔后，透明材料壓頭停留不動；將原來的加熱輔助激光耦合換束為檢測激光，檢測激光準直后通過中空刀柄及透明材料壓頭入射到尖端鈍圓，將光束質量分析儀固定在所述工件底部成孔的正下方；使用光束質量分析儀分析檢測激光的光學數據，通過尖端鈍圓透射的檢測激光的光學數據，并和校準數據進行對比分析，獲得評估壓頭尖端鈍圓半徑、壓頭尖端鈍圓磨損、壓頭軸線傾斜度、工件底部成孔質量的準確信息。本檢測方法不用拆卸離線檢測壓頭尖端鈍圓，減少了因人為二次裝夾所造成的誤差，能夠在加工過程中進行原位在線、在位檢測。

技術領域

本發明涉及激光壓頭的檢測技術領域，特別是激光原位壓頭印壓工件成孔過程中的原位檢測方法。

背景技術

目前，利用激光原位輔助單晶金剛石壓頭印壓工件進行底部成孔的技術已經出現(可見發明專利授權號ZL201420768465.7和發明專利授權號：ZL201610019585.0)，其尖端鈍圓半徑通常為幾微米，壓頭尖端鈍圓大小、磨損情況直接影響大批量加工時的印壓成孔質量。需要最大化評估出壓頭尖端鈍圓特征和成孔特征，方能通過準確控制壓頭壓下量來實時控制印壓成孔質量。利用傳統的檢測方法，如高倍光學顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等，需要將金剛石壓頭從刀具系統中拆卸下來進行檢測，這樣對再次加工時精密加工系統的裝調精度以及成孔精度影響較大。激光衍射等在線檢測方法操作比較麻煩，而且無法實現加工過程中的原位檢測。相關技術問題給金剛石壓頭尖端鈍圓特征和成孔特征的檢測帶來諸多不便和挑戰。

發明內容

為解決上述問題，激光原位壓頭印壓工件成孔過程中的原位檢測方法，該檢測方法可檢測壓頭尖端鈍圓磨損特征、工件底部成孔特征的原位檢測方法，不用拆卸離線檢測壓頭尖端鈍圓，減少了因人為二次裝夾所造成的誤差，保證工藝系統精度，能夠在加工過程中進行原位在線、在位檢測，操作方便。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

激光原位壓頭印壓工件成孔過程中的原位檢測方法，包括如下步驟：

步驟1：按照已有預定工序成孔后，透明材料壓頭停留不動；

步驟2：將原來的加熱輔助激光耦合換束為檢測激光，檢測激光準直后通過中空刀柄及透明材料壓頭入射到尖端鈍圓，將光束質量分析儀固定在所述工件底部成孔的正下方，調整光束質量分析儀接收檢測激光的豎直距離；

步驟3：使用光束質量分析儀分析檢測激光的光學數據，通過尖端鈍圓透射的檢測激光的光學數據，并和校準數據進行對比分析，獲得評估壓頭尖端鈍圓半徑、壓頭尖端鈍圓磨損、壓頭軸線傾斜度和/或工件底部成孔質量的準確信息。

作為優選的，所述透明材料壓頭為硬質晶體透明工具材料制成；所述壓頭幾何形狀為圓錐形、棱錐形或尖劈形；壓頭尖端的形狀為點狀、線狀、球形或圓柱形。

作為優選的，所述檢測激光為兩種激光耦合到同一刀柄，并在檢測時進行換束來實現。

作為優選的，所述檢測激光為通過在原來的加熱輔助激光光路上施加倍頻光學元件或能量衰減裝置來實現檢測激光所需的低能量來實現，以防止原來的加熱輔助激光能量持續加熱而損傷工件上的已成孔。

作為優選的，光束質量分析儀測量透過壓頭尖端鈍圓入射激光光斑面積、光斑形態、能量密度、干涉條紋的光學數據，將光學數據導入Zernike多項式光機接口程序、圖像處理方法獲得壓頭尖端鈍圓的三維形貌信息，進而獲得評估壓頭尖端鈍圓半徑、壓頭尖端鈍圓磨損、壓頭軸線傾斜度、工件底部成孔誤差的準確信息。

作為優選的，所述校準數據通過Comsol光機仿真軟件所獲得的光學數據和壓頭鈍圓特征、工件底部成孔特征之間的對應函數關系數據，并可以根據已有壓頭尖端鈍圓特征、工件底部成孔特征的離線檢測數據進行標定系數校準。