精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103029041A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103029041A(43)申请公布日2013.04.10(21)申请号201210574793.9(22)申请日2012.12.26(71)申请人长春理工大学地址130022吉林省长春市朝阳区卫星路7089号(72)发明人许金凯于化东丁戗于占江王晓冶李一全张留新王志超(74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所22210代理人陶尊新(51)Int.Cl.B24B49/12(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书88页页附图附图55页(54)发明名称精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法及其应用(57)摘要精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法及其应用属于精密超精密加工技术领域；目的在于解决现有技术中由于径向误差及径向圆跳动带来的问题。包括以下操作步骤：通过多次测量方法精确确定砂轮半径；根据确定好的砂轮半径确定砂轮磨削过程中的中心路径；将步骤一中确定好砂轮半径的砂轮沿步骤二中确定的砂轮中心路径进行磨削加工。本发明随机选取砂轮边缘点确定多个砂轮圆心进而确定砂轮半径，实现对砂轮半径的修正，保证被加工元件的表面精度，提高了加工精度；本发明的径向误差补偿方法在砂轮高速旋转下确定边缘点坐标，整合圆心点位置分布在一定程度上确定了砂轮径向圆跳动，进一步进行了修正补偿加工。CN103294ACN103029041A权利要求书1/2页1.精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，包括以下操作步骤：步骤一：确定砂轮半径：a、通过激光光源发出光线，经光学系统传播，调整旋转砂轮位置使光线接触砂轮边缘点，再经反射镜反射至面阵CCD，采集砂轮边缘点相对应的坐标值（xi，zi）；b、重复步骤a采集多个砂轮边缘点相对应的坐标值；c、任选四个点A、B、C和D，根据数学原理，确定两截线AB和CD，通过将两截线AB和CD中垂线相交确定圆心S′；d、重复步骤a到步骤c，确定多个圆心位置；e、将步骤d中所获得的多个圆心位置通过直接最小二乘法确定中心坐标S（xS，zS）；f、通过公式（Ⅰ）获得中心S到各个砂轮边缘点的距离ri，即：g、将步骤f中获得的中心S到N个测量点的距离通过公式（Ⅱ）确定砂轮半径r，即：h、采用鲁棒的圆拟合方法去除步骤b中所获得的边缘点的奇异点；i、将步骤h中去除奇异点后的边缘点数据重复步骤c~g过程，再次计算出多个圆心位置（xj，zj）进而确定圆心坐标S（x′S，z′S）和砂轮半径R；j、根据步骤i中得到的数据点计算高速旋转砂轮径向圆跳动步骤二：根据步骤一中所确定的砂轮半径R和待加工表面确定砂轮中心路径；步骤三：将步骤一中确定好砂轮半径的砂轮沿步骤二中确定的砂轮中心路径进行磨削加工。2.根据权利要求1所述的精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，步骤一中的步骤b所述的多个砂轮边缘点是指至少8个砂轮边缘点。3.根据权利要求1所述的精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，步骤一中的步骤d所述的多个圆心位置是指至少6个圆心位置。4.根据权利要求1所述的精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，步骤二中所述的待加工表面为具有一定去除函数的表面。5.根据权利要求1所述的精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，步骤一中的步骤a所述的光学系统具体为：所述光学系统包括激光光源（6）、准直透镜A（5）、准直透镜B（8）、准直透镜C（4）、消杂光光阑A（9）、消杂光光阑B（3）、分划板A（10）、分划板B（2）、直角棱镜（7）、平面镜（12）和面阵CCD（1）；所述激光光源（6）位于所述准直透镜A（5）焦点处，所述分划板A（10）位于所述准直透镜B（8）的焦点处，所述分划板B（2）位于所述准直透镜C（4）的焦点处；激光光源（6）发出的光经准直透镜A（5）射入直角棱镜（7），反射后光路向右传播至准直透镜B（8），经准直透镜B（8）会聚于分划板A（10），光线经分划板A（10）成一条光路2CN103029041A权利要求书2/2页向右传播测定旋转砂轮（11）边缘点，入射平面镜（12）后沿原光路反射至分划板A（10），经准直透镜B（8）发散为平行光束向左传播，经直角棱镜（7）透射经准直透镜C（4）汇聚在分划板B（2）上形成一条光路入射到面阵CCD（1），测算出旋转砂轮（11）此边缘点在面阵CCD（1）上的相对位置。6.根据权利要求5所述的精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法，其特征在于，所述光学系统还包括消杂光光阑A（9）、消杂光光阑B（3），所述消杂光光阑A（9）位于所述分划板A（10）与所述准直透镜B（8）之间，所述消杂光光阑B（3）位于所述分划板B（2）与所述准直透镜C（4）之间，经准直透镜B（8）的出射光经消杂光光阑