基于激光衍射原理的金刚石刻刀对刀方法研究

作     者：张玉石 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石广丰

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光衍射 衍射条纹 对刀间距 错位成像 

摘      要：在超精密加工领域,金刚石刀具相对于工件表面间距检测精度低成为制约超精密加工精度的一个重要因素。激光衍射对刀是通过检测一级衍射条纹峰值点间距进行对刀间距测量的方法。但是衍射法测量对刀间距检测精度的影响因素众多,因此,研究安装工艺参数对衍射条纹峰值点分布位置的影响,对于提高超精密加工精度,保证超精密加工质量具有重要意义。本文通过研究安装工艺参数对激光衍射对刀间距检测精度的影响规律,目的是形成一种对刀样机工艺参数的精密调节方法。在查阅大量国内外文献,详细分析国内外研究现状的基础上,主要完成了以下几个方面的研究内容:首先,研究夫琅禾费远场衍射理论,并建立对刀间距检测模型。基于Solidworks设计开发了激光衍射对刀实验样机,并进行相关结构的设计优化,然后进行构件选型搭建相关样机。其中,底座升降机构用以为检测机构提供升降位移、光轴偏转台用以为检测机构提供偏航角度、检测机构用以完成对刀间距检测。通过实验初步确定了相关工艺影响因素。其次,研究了各个安装工艺参数对对刀间距检测精度的影响。建立了激光斜入射角度的衍射光强计算模型、CCD倾斜角度的衍射光强计算模型及矩孔倾斜角度的衍射光强计算模型。并基于相应的衍射光强计算模型建立了入射激光倾斜的角度校正方法、CCD倾斜的角度校正方法及矩孔倾斜的误差补偿方法。然后,针对CCD的结构组成使得采样信息丢失进而导致检测精度降低的问题。提出CCD错位平移成像的办法提高图像采样密度,并利用插值法进一步实现亚像素图像检测。最后,对对刀样机的检测精度进行标定。基于搭建的对刀实验样机进行标准狭缝检测,并得到检测误差。然后,通过纳米升降台升降位移改变对刀间距,通过对刀检测数据与纳米升降台的升降位移结果比较得出检测精度。取两个检测误差中较大的一个做为对刀样机的检测精度。通过以上工艺与实验研究,本文最终形成了一整套激光衍射对刀的精密调节与检测方法。为后续研究奠定了良好的基础。