[发明专利]一种微小间隙非接触测量调控装置及方法

说明书

本发明提供一种微小间隙非接触测量调控装置及方法，用于实现超精密制造过程中微小间隙的非接触测量以及加工工具和待加工元件之间的距离调控。装置包括：加工工具、标定物、机床本体、非接触式位移传感器、传感器工装、待加工元件、导轨、传感器电源、传感器控制器、导轨电源、导轨控制器、计算机控制系统。计算机控制系统通过控制器和电源与导轨和位移传感器相连，通过调控导轨和位移传感器的运动实现对加工工具和待加工元件之间的微小距离的测量与调控。本发明为超精密制造过程中，准确测量并且调控加工工具与待加工元件的间隙提供了一种有效的低成本的测量与调控手段。

技术领域

本发明属于先进制造与技术领域，具体涉及一种微小间隙非接触测量调控装置及方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，各种产品对其功能器件的要求逐渐提高，而发展超精密加工装备是对先进制造技术中实现尖端产品制造的必要条件。在实现对产品的高精度制造过程中，往往要求能够高精度定位并控制加工工具与待加工表面加工点之间的间隙，从而实现高精度的复杂零件制造。以往微小间隙测量的方式有视觉测量、塞尺测量、涡电流式测量等。视觉测量采用不同种类的相机对间隙进行拍摄，受限于环境光因素、被测物状态、空间位置、图像处理水平等多重因素的限制，难以实现狭小空间内或液体中的微小间隙的高精度测量。塞尺测量采用不同规格的塞尺接触式的放置于工件表面和工具之间的间隙中，然而塞尺规格有限，仅能实现对部分特定间隙的调控，并且可能会刮伤工件表面造成无法修复的损伤。涡电流式检测方式会受工件材料的限制，只适用于检测导电金属材料或能感生涡流的非金属材料。因此，现有方法存在易对加工元件造成损伤，检测精度低、待加工元件受限、对工件所处环境要求高的缺点，尤其是存在不能精确测量微米甚至纳米量级间隙的技术问题，为超精密加工设备及超精密零件制造带来了极大的困难。为解决上述问题，本发明基于非接触式位移传感器测量标定物与工具之间的相对位置结合数据处理设计了一种微小间隙非接触测量调控装置及方法。

发明内容

本发明提出一种微小间隙非接触测量调控装置及方法，用于解决现有超精密加工装备在加工过程中难以确定工具与待加工元件上加工点处之间的微小间隙的问题。本发明能够以低成本、高精度方式标定出标定物与工具之间的位置差，结合数据处理指导机床确定工具与待加工元件之间的微小间隙，不仅有助于寻找并精确定位待加工元件表面加工点，更能够实现超精密加工中对间隙的精确调控。

本发明采用的技术方案是：一种微小间隙非接触测量调控装置，包括加工工具、标定物、机床本体、非接触式位移传感器、传感器工装、待加工元件、导轨、传感器电源、传感器控制器、导轨电源、导轨控制器和计算机控制系统，其中：

所述加工工具和标定物置于机床本体上；

所述非接触式位移传感器安装在传感器工装上，可以实现非接触式位移传感器在Z方向的移动；

所述传感器工装、待加工元件安装在导轨上，可以实现非接触式位移传感器在X方向和Y方向的移动；

所述传感器电源、传感器控制器一端与非接触式位移传感器相连，另一端与计算机控制系统相连，用于设置控制非接触式位移传感器的参数，并接收非接触式位移传感器所测量的数据；

所述导轨电源、导轨控制器一端与非接触式位移传感器相连，另一端与计算机控制系统相连，用于通过软件控制非接触式位移传感器的在X方向和Y方向的移动以实现对标定物和工具的相对位置的测量；

用非接触式位移传感器测量标定物最低点和加工工具最低点，最低点测量通过在X和Y方向扫描标定物和加工工具最低点附近，可通过非接触式位移传感器在两个方向上分别获得波形，确定二者最低点坐标，计算之间的相对位置差，通过移动机床本体将标定物置于待加工元件表面的加工点上，并逐渐移动机床使其刚好接触加工点，记录此时的坐标值，再根据标定物与加工工具之间的坐标差值进行坐标换算，并将机床移动到相应位置，即可让加工工具刚好接触待加工元件表面。