金刚石刀尖钝圆磨损及在线对刀监控技术研究

摘要

在采用金刚石刀具进行超精密加工过程中，往往需要对刀具的磨损状况和初始的对刀间隙进行准确掌握并进行反馈控制，因此研究刀具的磨损检测及对刀监控技术对于保证超精密加工精度具有重要意义。
　　首先，基于夫琅和费衍射原理提出了一种通过检测对刀间隙衍射条纹中光强峰值点的位置来测量对刀间隙的方法。由于加工过程中刀具的磨损会引起初始对刀间隙的变化，通过对对刀间隙的检测和相关变化规律的掌握，进而实现对刀具磨损情况的检测。此外，也获得了对刀刃倾斜度及圆弧刀圆弧半径的检测方法。其次，利用MATLAB软件对影响对刀衍射现象的相关工艺因素进行了分析，模拟仿真了不同对刀间隙下衍射条纹的变化规律；分析了光轴与衍射接收屏的垂直度对两条衍射条纹峰值点间距的影响。然后，研究了衍射条纹检测图像的滤波处理方法，通过行元素求和的方法来检测峰值点位置，再利用最小二乘法定位了衍射峰值点的亚像素位置，进而获得对刀间隙检测结果。最后，搭建了一套基于激光衍射的对刀试验测量平台，通过实验研究了对刀过程中衍射条纹的变化规律。分析了提取的峰值点所在像元位置的误差、升降台升降误差、光轴与衍射接收屏不垂直产生的误差等因素对对刀间隙计算精度造成的影响。
　　测量结果表明，采用激光衍射方法测量的对刀间隙达到了亚微米级的精度。基于以上研究，本文最终提出了采用激光衍射法进行金刚石刀具磨损及在线对刀的监控策略。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外对刀技术研究现状

1.3 激光衍射测量技术的研究现状

1.4 传统的衍射测量方法介绍

1.5 课题主要研究内容

第二章 激光衍射对刀间隙测量原理

2.1 光学衍射理论分析

2.2 菲涅耳衍射原理

2.3 夫琅禾费衍射原理

2.4 衍射法测量对刀间隙的原理

2.5 衍射法测量刀具磨损的原理

2.6 衍射法测量刀具倾角及圆弧刀圆弧半径的原理

第三章 对刀衍射现象仿真分析

3.1 对刀衍射仿真的研究意义

3.2 衍射仿真的基本理论

3.3 对刀衍射仿真实验

第四章 对刀衍射图像处理技术研究

4.1 图像灰度化处理

4.2 图像滤波处理

4.3 图像峰值点位置提取

4.4 衍射图像的亚像素位置定位

第五章 对刀间隙测量实验

5.1 对刀检测系统整体方案设计

5.2 几种不同刀具的对刀衍射现象分析

5.3 对刀间隙的测量实验及衍射现象分析

5.4 对刀方法验证及结果分析

5.5 测量系统精度分析

5.6 刀具磨损及在线对刀的监控策略

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文