[发明专利]一种激光在线测量加工检测方法及其装置

权利要求书

1.一种激光在线测量加工检测方法，该方法包括在线加工过程和在线检测过程；

所述在线加工过程包括步骤(a1)至(a4)：

(a1)对加工前工件进行在线测量，获得包括工件上每点的空间坐标值和法线角度在内的测量数据，再利用巴特沃斯数字低通滤波器对所述测量数据进行降噪处理，得到初始加工数据；

(a2)消除初始加工数据中的异常点，并进行数据精简；

(a3)采用三次NURBS曲线进行曲面拟合，获得的曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型的三维几何重构，最后获得加工前工件的空间几何尺寸或激光加工的几何尺寸大小和法线角度；

(a4)利用步骤(a3)得到的激光加工数据进行加工，以消除直接采用待加工工件理论数模进行加工产生的误差；

所述在线检测过程包括步骤(b1)至(b4)：

(b1)利用步骤(a1)所使用的机构对加工后工件进行在线测量，获得包括工件上每点的空间坐标值和法线角度在内的测量数据，

(b2)再利用巴特沃斯数字低通滤波器对所述测量数据进行降噪处理，得到初始检测数据；

(b3)采用高斯滤波器对初始检测数据进行轮廓滤波，并采用差分递归算法计算得到已加工工件的表面粗糙度；此外，还利用初始检测数据绘制出加工后工件的表面轮廓，以确定刻蚀形状的位置，再根据确定的刻蚀形状的位置，采用最小二乘法分别对其两侧的数据进行直线拟合，然后计算得到刻蚀形状的深度和宽度；

(b4)检测所述表面粗糙度，刻蚀形状的深度和宽度是否均达到所需要求，如果是，结束，否则再进行修正加工。

2.根据权利要求1所述的激光在线测量加工检测方法，其特征在于，所述步骤(a2)中，利用曲线检查法消除数据中的异常点，利用弦高-角度法进行数据精简。

3.根据权利要求1或2所述的激光在线测量加工检测方法，其特征在于，采用坐标旋转法对步骤(b3)所获得的刻蚀形状的深度和宽度进行轮廓调平处理，以消除偏差，然后再进入步骤(b4)。

4.一种激光在线测量加工检测装置，包括依次位于同一光路上的加工激光器、光路系统和激光加工头；其特征在于，该装置还包括激光测距系统、计算机控制系统、移动组件和工作台；

激光测距系统用于获取工件加工前、后的测量数据，包括工件每点的空间坐标值和法线角度，并提供给计算机控制系统；激光测距系统与激光加工头通过连接件刚性连接并固定在移动组件上，工作台位于激光加工头下方，用于安装所述工件；所述激光测距系统、激光加工头和工件能够随移动组件和工作台进行三维空间运动；

计算机控制系统用于对接收的加工前测量数据进行降噪、滤波处理，消除异常点和进行数据精简，再采用三次NURBS曲线进行曲面拟合，获得的曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型的三维几何重构，最后获得加工前工件的空间几何尺寸或激光加工的几何尺寸大小和法线角度，控制加工激光器、移动组件和工作台按照得到的数据进行加工，以提高加工精度；

计算机控制系统还用于对接收的加工后测量数据进行轮廓滤波，并采用差分递归算法计算得到加工后工件的表面粗糙度；此外，还利用得到的加工后测量数据绘制出加工后工件的表面轮廓，以确定刻蚀形状的位置，再根据确定的刻蚀形状的位置，采用最小二乘法分别对其两侧的数据进行直线拟合，然后计算得到刻蚀形状的深度和宽度；最后检测工件的表面粗糙度、刻蚀形状的深度和宽度是否符合要求，对不符合要求的工件进行再次加工。

5.根据权利要求4所述的激光在线测量加工检测装置，其特征在于，所述激光测距系统由发出点或线激光束的测量激光器、均光准直会聚透镜光路、聚焦透镜和光线收集器组成；

所述均光准直会聚透镜光路包括准直镜和会聚透镜，用于将测量激光器发出的光束先均光准直后再通过会聚透镜聚焦，再投射到待加工工件上；

聚焦透镜用于接收工件的反射光，缩小其光斑直径或光束宽度；

工作时，由测量激光器对加工前或加工后工件发射一束点或线激光束，并通过均光准直会聚透镜光路聚焦于工件表面，工件表面将激光束反射到聚焦透镜，聚焦成像在光线收集器上形成光斑，通过光线收集器将光线信号转变为电信号，经过处理后将测量结果输出到计算机控制系统。

6.根据权利要求4或5所述的激光在线测量加工检测装置，其特征在于，所述移动组件为Z轴移动机构，所述工作台为四轴工作台。