环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置及利用该装置进行检测的方法与流程

本发明涉及一种工件环上单点运动轨迹检测装置及其方法。

背景技术：

环抛加工因其能够有效抑制工件的中高频误差，同时相对于小工具抛光具有很高的性价比，因而被广泛用作平面光学元件的最终精密抛光。

在实际加工中，针对抛光盘的运动评价只是检测其平均转速，但是工件运动由于受到机床振动等因素的影响，其自转运动轨迹并不是规整的圆形轨迹。也就是说工件环的实际运动轨迹并不是绕自身中心的圆周转动，即工件环上单点的运动不仅存在沿抛光盘径向的偏移，而且也存在沿垂直抛光盘方向的跳动。目前，工件表面的面形演变趋势的预测是通过preston方程实现，具体是通过对工件和抛光盘这个接触副的几何模型重构，然后基于接触力学采用有限元方法获得工件和抛光盘接触的界面应力分布；然后利用坐标变换获得工件和抛光盘各自的运动速度；最后，对工件表面进行离散化获得工件表面上单点的累计材料去除量，进而完成工件环表面的面形演变趋势预测。因此现有运动模型忽略了工件环上单点沿抛光盘径向的偏移，而且也忽略了沿垂直抛光盘方向的跳动；进而使抛光盘的运动表征存在误差，对工件材料去除率非均匀分布的计算引入较大误差。

同时，环抛加工中的工件环的面形演变趋势的预测严重依靠技师的经验进行判断，进而确定工件环面形精度，这种方法存在检测精度低的问题，同时还制约着加工效率的提高；也会对工件材料去除率非均匀分布的计算引入较大误差。

技术实现要素：

本发明为了解决现有环抛加工中工件环的运动误差检测存在检测精度低和误差大的问题，提出一种环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置及利用该装置进行检测的方法。

一种环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置，该装置由工件环、1个激光位移传感器、数个光电位置传感器和固定板构成；

所述工件环与固定板平行设置，工件环设置于固定板下方，工件环上表面设置有盲孔，激光位移传感器设置于盲孔内部，且激光位移传感器与工件环上表面垂直设置，激光位移传感器的感应端朝向固定板设置；数个光电位置传感器以环形阵列的方式设置于固定板的下表面，光电位置传感器的感应端朝向工件环设置，光电位置传感器的环形阵列的中心与工件环的中心相对应；光电位置传感器的感应端中心与激光位移传感器的感应端中心对应设置；

所述工件环上表面与固定板下表面的平行度＜5μm；

所述工件环上表面与固定板下表面的垂直距离为300～400mm；

所述固定板下表面的平面度＜5μm；

所述光电位置传感器在3mm×3mm的范围内的定位精度＜3μm；

所述激光位移传感器与工件环的垂直度＜5μm；

所述光电位置传感器通过真空吸盘吸附于固定板的下表面；

所述激光位移传感器的检测精度＜3μm；

利用上述环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置进行单点运动轨迹检的方法按以下步骤进行：

一、调整工件环上表面与固定板下表面的平行度＜5μm；

二、调整激光位移传感器的水平位置使光电位置传感器的感应端中心与激光位移传感器的感应端中心竖向对应；

三、启动工件环，在激光位移传感器随工件环转动过程中，利用光电位置传感器记录激光位移传感器所在位置中心点的平面坐标数据x和y，同时利用激光位移传感器记录激光位移传感器所在位置中心点的竖直高度变化z；

四、将光电位置传感器和激光位移传感器记录的平面坐标数据x和y绘制成激光位移传感器所在位置中心点的平面运动轨迹图，将光电位置传感器和激光位移传感器记录的平面坐标数据x和y以及竖直高度变化z绘制成激光位移传感器所在位置中心点的三维运动轨迹图；即完成环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测；

本发明工作原理及有益效果为：

1、本发明在工件环上嵌入激光位移传感器，工件环的上方有环形阵列的光电位置传感器，利用光电位置传感器记录工件环的平面运动信息，激光位移传感器可以采集工件环的竖直位移信息，数据处理后可以得到工件环上单点的三维运动轨迹；

2、本发明针对解决现有环抛加工中工件环的运动误差检测存在检测精度低和误差大的问题，在工件环上嵌入激光位移传感器，在其上方安置环形阵列的光电位置传感器，在工件环运动的过程中，能够自动地检测环抛工件环上单点运动轨迹，检测过程简单方便且精度较高，通过本发明装置及方法可以获得工件环上单点的三维运动轨迹，进而能够指导运动模型和接触的修正，从而提高元件面形演变预测的精度。

附图说明：

图1为本发明装置结构示意图；

图2为图1装置中固定板4的背部结构示意图；

图3为实施例1测试的到的激光位移传感器2所在位置中心点的平面运动轨迹图；

图4为实施例1测试的到的激光位移传感器2所在位置中心点的三维运动轨迹图。

具体实施方式：

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置由工件环1、1个激光位移传感器2、数个光电位置传感器3和固定板4构成；

所述工件环1与固定板4平行设置，工件环1设置于固定板4下方，工件环1上表面设置有盲孔11，激光位移传感器2设置于盲孔11内部，且激光位移传感器2与工件环1上表面垂直设置，激光位移传感器2的感应端朝向固定板4设置；数个光电位置传感器3以环形阵列的方式设置于固定板4的下表面，光电位置传感器3的感应端朝向工件环1设置，光电位置传感器3的环形阵列的中心与工件环1的中心相对应；光电位置传感器3的感应端中心与激光位移传感器2的感应端中心对应设置。

本实施方式工作原理及有益效果为：

1、本实施方式在工件环上嵌入激光位移传感器2，工件环的上方有环形阵列的光电位置传感器3，利用光电位置传感器3记录工件环的平面运动信息，激光位移传感器2可以采集工件环的竖直位移信息，数据处理后可以得到工件环上单点的三维运动轨迹；

2、本实施方式针对解决现有环抛加工中工件环上单点运动轨检测过程复杂和检测精度低的问题，在工件环上嵌入激光位移传感器2，在其上方安置环形阵列的光电位置传感器3，在工件环运动的过程中，能够自动地检测环抛工件环上单点运动轨迹，检测过程简单方便且精度较高，通过本实施方式装置可以获得工件环上单点的三维运动轨迹，进而指导运动模型和接触的修正，从而提高元件面形演变预测的精度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述工件环1上表面与固定板4下表面的平行度＜5μm。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述工件环1上表面与固定板4下表面的垂直距离为300～400mm。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述固定板4下表面的平面度＜5μm。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述光电位置传感器3在3mm×3mm的范围内的定位精度＜3μm。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述激光位移传感器2与工件环1的垂直度＜5μm。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述光电位置传感器3通过真空吸盘吸附于固定板4的下表面。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述激光位移传感器2的检测精度＜3μm。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式利用环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置进行单点运动轨迹检的方法按以下步骤进行：

一、调整工件环1上表面与固定板4下表面的平行度＜5μm；

二、调整激光位移传感器2的水平位置使光电位置传感器3的感应端中心与激光位移传感器2的感应端中心竖向对应；

三、启动工件环1，在激光位移传感器2随工件环1转动过程中，利用光电位置传感器3记录激光位移传感器2所在位置中心点的平面坐标数据x和y，同时利用激光位移传感器2记录激光位移传感器2所在位置中心点的竖直高度变化z；

四、将光电位置传感器3和激光位移传感器2记录的平面坐标数据x和y绘制成激光位移传感器2所在位置中心点的平面运动轨迹图，将光电位置传感器3和激光位移传感器2记录的平面坐标数据x和y以及竖直高度变化z绘制成激光位移传感器2所在位置中心点的三维运动轨迹图；即完成环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测。

本实施方式工作原理及有益效果为：

1、本实施方式在工件环上嵌入激光位移传感器2，工件环的上方有环形阵列的光电位置传感器3，利用光电位置传感器3记录工件环的平面运动信息，激光位移传感器2可以采集工件环的竖直位移信息，数据处理后可以得到工件环上单点的三维运动轨迹；

2、本实施方式针对解决现有环抛加工中工件环上单点运动轨检测过程复杂和检测精度低的问题，在工件环上嵌入激光位移传感器2，在其上方安置环形阵列的光电位置传感器3，在工件环运动的过程中，能够自动地检测环抛工件环上单点运动轨迹，检测过程简单方便且精度较高，通过本实施方式方法可以获得工件环上单点的三维运动轨迹，进而指导运动模型和接触的修正，从而提高元件面形演变预测的精度。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：

本实施例选择直径为1650mm的工件环，进行验证；

本实施例环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置，该装置由工件环1、1个激光位移传感器2、数个光电位置传感器3和固定板4构成；

所述工件环1与固定板4平行设置，工件环1设置于固定板4下方，工件环1上表面设置有盲孔11，激光位移传感器2设置于盲孔11内部，且激光位移传感器2与工件环1上表面垂直设置，激光位移传感器2的感应端朝向固定板4设置；数个光电位置传感器3以环形阵列的方式设置于固定板4的下表面，光电位置传感器3的感应端朝向工件环1设置，光电位置传感器3的环形阵列的中心与工件环1的中心相对应；光电位置传感器3的感应端中心与激光位移传感器2的感应端中心对应设置；

所述工件环1上表面与固定板4下表面的平行度＜5μm；

所述工件环1上表面与固定板4下表面的垂直距离为300mm；

所述固定板4下表面的平面度＜5μm；

所述光电位置传感器3在3mm×3mm的范围内的定位精度＜3μm；

所述激光位移传感器2与工件环1的垂直度＜5μm；

所述光电位置传感器3通过真空吸盘吸附于固定板4的下表面；

所述激光位移传感器2的检测精度＜3μm；

利用上述环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测装置进行单点运动轨迹检的方法按以下步骤进行：

一、调整工件环1上表面与固定板4下表面的平行度＜5μm；

二、调整激光位移传感器2的水平位置使光电位置传感器3的感应端中心与激光位移传感器2的感应端中心竖向对应；

三、启动工件环1，在激光位移传感器2随工件环1转动过程中，利用光电位置传感器3记录激光位移传感器2所在位置中心点的平面坐标数据x和y，同时利用激光位移传感器2记录激光位移传感器2所在位置中心点的竖直高度变化z；

四、将光电位置传感器3和激光位移传感器2记录的平面坐标数据x和y绘制成激光位移传感器2所在位置中心点的平面运动轨迹图，将光电位置传感器3和激光位移传感器2记录的平面坐标数据x和y以及竖直高度变化z绘制成激光位移传感器2所在位置中心点的三维运动轨迹图；即完成环抛加工中工件环上单点运动轨迹检测；

本实施例获得的直径为1650mm的工件环上单点的平面坐标数据x和y及竖直高度变化z如表1所示；将表1中平面坐标数据x和y绘制成平面运动轨迹图，如图3所示，将平面坐标数据x和y以及竖直高度变化z绘制成三维运动轨迹图，如图4所示，即完成本实施例检测。由图3和图4可知，工件环的平面圆度误差为132.924mm，高度运动误差为4.833mm，说明工件环的径向运动误差较大，应该加大工件径向移动量的控制。同时，径向运动误差影响工件的实际运动轨迹，应该对其运动模型中加入径向移动的影响。

表1