超精密切削加工技術(shù)是國民生活水平提高和國防建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。除了超精密的機(jī)床和穩(wěn)定的加工環(huán)境,超精密的金剛石刀具也是超精密切削加工不可或缺的重要條件。隨著超精密切削技術(shù)的發(fā)展,刀具因素對加工質(zhì)量的影響愈發(fā)重要,是影響超精密切削加工技術(shù)水平的重要因素之一。檢測與評價金剛石刀具刀尖圓弧輪廓質(zhì)量,不僅可以為刀具的挑選與使用提供依據(jù)、監(jiān)控刀具的磨損狀況,還可以指導(dǎo)刀具刃磨工藝、提升刀具制造水平,對提高超精密加工表面質(zhì)量,發(fā)展超精密切削加工技術(shù)具有重要意義,可為民用高端元器件制造、國防工業(yè)、前沿科學(xué)研究等領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的支撐。隨著檢測設(shè)備與檢測手段的發(fā)展,刀尖圓弧輪廓的測量精度逐步提高,目前已可滿足納米量級的測量精度。在各種可用于刀尖圓弧輪廓測量的設(shè)備中,原子力顯微鏡（AFM）的測量精度最高,能夠滿足超精密金剛石刀具刀尖圓弧輪廓質(zhì)量評價的需求。AFM一般只能測量圓弧輪廓的微小區(qū)域,雖然可通過回轉(zhuǎn)軸系擴(kuò)展其量程,但受硬件條件的限制,其采樣間隔大,橫向測量分辨率較差。圓弧波紋度是評價刀尖圓弧質(zhì)量的重要指標(biāo),其數(shù)值一般為百納米甚至百納米以下。濾波是波紋度評價的重要環(huán)節(jié),但超精密金剛石刀具百納米量級的波紋... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２刀尖圓弧圓度目測圖Ａ??

?基于切削區(qū)域分析的金剛石刀具圓弧輪廓質(zhì)量檢測與評價???（２）光學(xué)測量法??英國康圖、日本大阪金剛石等刀具生產(chǎn)廠商利用光學(xué)顯微系統(tǒng)觀測刀尖圓弧輪??廓，采用光學(xué)鏡頭獲取刀具前刀面正投影圖像，再通過數(shù)字圖像處理的方式得到刀尖??圓弧輪廓數(shù)據(jù)，如圖１．３所示??Ａ?Ｉ??Ｉ?Ｗａｖｉｎｅｓｓ?±??，腦?｜?Ａｖｅｒａｇｅ?Ｒ?ｍｒｎ??圖１．３光學(xué)顯微測量的刀尖圓弧輪廓＾??光學(xué)顯微測量屬于非接觸測量，測量范圍較大，通過調(diào)整光學(xué)顯微系統(tǒng)的放大倍??數(shù)，單次測量即可獲得完整的刀尖圓弧輪廓圖像，測量效率高，但受光的衍射效應(yīng)的??限制，光學(xué)成像系統(tǒng)的極限分辨率約為２／５波長，而可見光平均波長約為５５０ｎｍ，所以??光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率約為２００ｎｍ，無法滿足超精密刀尖圓弧輪廓納米量級測量精度??的需求。??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??ｐａｓｓｅｄ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｅｄｇｅ??（ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ＰＤ）?＼??Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ??ｄｉａｍｏｎｄ?ｔｏｏｌ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｏｂｊｃｃｔｉｖｃ?ｌｅｎｓ??Ｌａｓｅｒ?ｄｉｏｄｅ??，ｘ／ｗ??圖１．４聚焦光斑掃描刀尖圓弧輪麻ｌ｜４ｌ??日本東北大學(xué)的Ｓ．Ｈ．Ｊａｎｇ等人提出并實現(xiàn)了一種刀尖圓弧輪廓高速無損測量方??法，如圖１．４所示：采用聚焦激光光斑對刀尖圓弧輪廓進(jìn)行掃描，實時監(jiān)測光電：極管??受光量的變化從而得到刀具刀尖圓弧輪廓，為提髙系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在測愔系統(tǒng)屮應(yīng)ｍ??３??

?基于切削區(qū)域分析的金剛石刀具圓弧輪廓質(zhì)量檢測與評價???（２）光學(xué)測量法??英國康圖、日本大阪金剛石等刀具生產(chǎn)廠商利用光學(xué)顯微系統(tǒng)觀測刀尖圓弧輪??廓，采用光學(xué)鏡頭獲取刀具前刀面正投影圖像，再通過數(shù)字圖像處理的方式得到刀尖??圓弧輪廓數(shù)據(jù)，如圖１．３所示??Ａ?Ｉ??Ｉ?Ｗａｖｉｎｅｓｓ?±??，腦?｜?Ａｖｅｒａｇｅ?Ｒ?ｍｒｎ??圖１．３光學(xué)顯微測量的刀尖圓弧輪廓＾??光學(xué)顯微測量屬于非接觸測量，測量范圍較大，通過調(diào)整光學(xué)顯微系統(tǒng)的放大倍??數(shù)，單次測量即可獲得完整的刀尖圓弧輪廓圖像，測量效率高，但受光的衍射效應(yīng)的??限制，光學(xué)成像系統(tǒng)的極限分辨率約為２／５波長，而可見光平均波長約為５５０ｎｍ，所以??光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率約為２００ｎｍ，無法滿足超精密刀尖圓弧輪廓納米量級測量精度??的需求。??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??ｐａｓｓｅｄ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｅｄｇｅ??（ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ?ｂｙ?ＰＤ）?＼??Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ??ｄｉａｍｏｎｄ?ｔｏｏｌ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??Ｏｂｊｃｃｔｉｖｃ?ｌｅｎｓ??Ｌａｓｅｒ?ｄｉｏｄｅ??，ｘ／ｗ??圖１．４聚焦光斑掃描刀尖圓弧輪麻ｌ｜４ｌ??日本東北大學(xué)的Ｓ．Ｈ．Ｊａｎｇ等人提出并實現(xiàn)了一種刀尖圓弧輪廓高速無損測量方??法，如圖１．４所示：采用聚焦激光光斑對刀尖圓弧輪廓進(jìn)行掃描，實時監(jiān)測光電：極管??受光量的變化從而得到刀具刀尖圓弧輪廓，為提髙系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在測愔系統(tǒng)屮應(yīng)ｍ??３??


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