阅读说明：本技术 一种抛光模修盘周期的检测装置及检测方法 (Detection device and detection method for polishing die repair disc period ) 是由 陈军 邵建达 张慧方 吴伦哲 杨明红 吴福林 秦豪杰 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：一种抛光模修盘周期的检测装置及检测方法,该装置包括光学检测组件、处理器、水平度测量组件。该装置的光学检测组件使用结构光对抛光模表面形貌进行探测,处理器通过接收的包含抛光模表面形貌信息的探测光,计算处理得到抛光模表面沟槽的深度和宽度信息,从而确定抛光模的修复周期,监测抛光模的维护时间节点。本发明具有结构简单,测量准确,反应迅速,实现对抛光模修盘周期的原位检测,保证抛光模表面的磨削活跃度,提高加工效率和加工质量。(A detection device and a detection method for polishing mould repair disc period are provided, the device comprises an optical detection component, a processor and a levelness measurement component. The optical detection assembly of the device detects the surface topography of the polishing die by using structured light, and the processor calculates and processes the received detection light containing the surface topography information of the polishing die to obtain the depth and width information of the groove on the surface of the polishing die, so that the repair period of the polishing die is determined, and the maintenance time node of the polishing die is monitored. The invention has the advantages of simple structure, accurate measurement and quick response, realizes the in-situ detection of the polishing die repairing disc period, ensures the grinding activity of the surface of the polishing die, and improves the processing efficiency and the processing quality.)

一种抛光模修盘周期的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及光学元件环抛加工的辅助装置，特别是抛光模的修盘周期和工作寿命，属于光学元件的加工技术领域。

背景技术

光学元件抛光加工通常是在由电机驱动的抛光盘上粘结或浇注一层抛光模，在抛光模上放置一个或多个待加工元件，元件以特定的角速度转动。同时，向抛光模滴加抛光液，通过光学元件、抛光粉颗粒对抛光模的机械化学作用，将抛光模的面形传递复制至元件，从而得到全局平滑的平面元件，完成元件的抛光。

抛光加工常用的抛光模材料一般是沥青或聚氨酯，在抛光机上浇注沥青抛光模或粘接聚氨酯抛光模，抛光模表面设有多个沟槽，以增加抛光液的流动性和带走抛光产生的热量。随着环形抛光的进行，在工件、工件环、校正盘的作用下，抛光模会逐渐变光滑，使得其对工件的摩擦作用减弱，导致抛光效率下降。因此，每隔一段时间，工艺人员需要对抛光模进行拉宽加深和粗糙处理，恢复抛光模的导流作用和磨削效果，以改善抛光模对工件的摩擦特性。传统判断抛光模修盘周期和工作寿命的方法包括：(1)记录抛光模的工作时间；(2)停机测量沟槽深度宽度；

传统判断方法的缺点是，采用记录抛光模工作时间的方法，由于抛光的转速、抛光液添加速度、温度等因素会造成相同工作时间，抛光模的磨损程度不一致。过早对抛光模修盘造成浪费和破坏抛光过程；过晚对抛光模修盘会造成抛光效率下降和抛光成本升高。采用停机测量的方法，会造成抛光模污染和抛光效率降低，

基于以上论述，如果能够实现抛光模沟槽信息的原位定量检测，可以准确有效对抛光模进行修盘，避免过早或过晚对抛光模修盘引起的不良后果，保持抛光模性能稳定，提高元件加工效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种抛光模修盘周期的检测装置及检测方法，利用该装置可以准确有效对抛光模进行修盘，避免过早或过晚对抛光模修盘引起的不良后果，保持抛光模性能稳定，提高元件加工效率。

本发明具有结构简单，反应迅速，实现对环拋机抛光模修盘周期和工作寿命的原位检测，保证抛光模表面的磨削活跃度，提高加工效率和加工质量。

本发明的技术解决方案如下：

一种抛光模修盘周期的检测装置，包括：抛光盘，所述抛光盘为圆盘或环形盘，位于所述抛光盘表面浇注或粘贴的抛光模，所述抛光模表面开有沟槽；位于所述的抛光盘的上方且与地面固定连接的机架；其特征在于，还包括用于对抛光模的表面形貌进行检测的光学检测组件，处理器，以及用于测量光源水平安装误差的水平度测量组件；

所述的水平度测量组件包括：激光位移传感器、连接座，以及位于该激光位移传感器正下方的水槽；

所述的光学检测组件包括：光源和探测装置，所述的光源通过连接座与机架固定连接，用于向抛光模发射探测光，所述的探测装置与机架固定连接，用于接收经所述的抛光模反射的探测光；所述的处理器分别与所述的激光位移传感器和探测装置相连，并处理得到所述的抛光模的表面形貌，确定所述的抛光模的修盘周期。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的激光位移传感器数量为两个，且与所述的光源安装于同一平面。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的水槽内装有水，且放置于所述抛光模表面。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的光源是结构光光源，包括激光器和图案元件，所述图案元件表面具有条纹图案；或者，所述结构光光源为用于投射条纹图案的显示器。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述探测装置是3D相机；

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的光源发出的探测光的光轴垂直于所述抛光模表面；所述探测装置的光轴与所述抛光模表面的夹角为40-60度。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的探测装置的视场覆盖所述的抛光模表面的探测区域，

当所述抛光盘为圆盘时，该探测区域的直径不小于抛光盘的半径；

当所述抛光盘为环形盘时，该探测区域的直径不小于抛光盘的环形宽度。

利用所述的抛光模修盘周期的检测装置进行抛光模修盘周期的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)两个激光位移传感器分别测量各自与水面之间的高度h₁,h₂，计算光源沿机架方向安装误差为θ＝(h₂-h₁)/l(其中l为两个激光位移传感器之间的连线距离)；

2)光源向抛光模发射探测光，所述探测装置实时接收覆盖区域内经所述的抛光模反射的的探测光；

3)处理器根据接收的探测光，计算出该视场内抛光模的表面形貌s₁(x,y,z)＝s₁(x₁,x₂,...x_n；y₁,y₂,...y_n；z₁,z₂,...z_n)，(n是在处理器接收的探测光在x、y、z方向的取样点数，一般n取100～150)，通过去倾斜处理，即s₁'(x,y,z)＝s₁(xcosθ,y,z)，则该口径内抛光模的表面形貌为s₁'(x,y,z)＝s₁(x₁cosθ,x₂cosθ,...x_ncosθ；y₁,y₂,...y_n；z₁,z₂,...z_n)；

4)使抛光盘带动所述抛光模绕中心轴旋转角度360°/N(N为校正盘的圆周等分份数)，探测光在所述的抛光模表面扫描，重复步骤1)～3)，得到该视场内抛光模表面形貌s₂'(x,y,z)，直至完成(N-1)次旋转后，得到s₃'(x,y,z),...,s_N'(x,y,z)。

5)通过子口径拼接技术，得到整个抛光模表面形貌为

6)根据整个抛光模的表面形貌，得到抛光模上沟槽的宽度w和沟槽的深度d，当沟槽的宽度深度小于设定阈值时，即宽度w＜W和深度d＜D，则需要对抛光模进行修复或更换；否则，继续维持抛光摸的现有状态，进行元件抛光。

所述的抛光装置的抛光模的检测方法，其特征在于，所述的阈值一般采用经验值，宽度W＝3～5mm，深度D＝1～2mm。

所述的抛光装置的抛光模的检测方法，其特征在于，所述的校正盘的圆周等分份数N为6～12，每两次旋转之间抛光模重叠区域面积不小于探测装置视场覆盖区域面积的三分之一；

本发明的优点如下：

本发明使用液平面作为激光器水平安装误差的基准，简单方便；本发明使用激光器和接收器识别抛光模表面沟槽深度宽度的变化，解决传统修盘周期采用目视和强经验依赖的问题，实现对抛光过程中抛光模的原位定量检测；

本发明具有结构简单，反应迅速，实现对环拋机抛光模工作寿命的原位检测，保证抛光模表面的磨削活跃度，提高加工效率和加工质量。

附图说明

图1为本发明一种抛光装置的装置结构示意图；

图2为本发明用于测量抛光机抛光模表面形貌测量的结构例示意图；

图3为本发明水平度测量组件安装的实施例平面图；

图4为本发明用于测量抛光模表面形貌测量的正视图；

图中：1-机架，2-抛光盘，21-抛光模，22-沟槽，3-光学检测组件，31-光源，32-探测装置，4-处理器，5-水平度测量组件，51-激光位移传感器，52-结构光投射窗口，53-水槽，54-水

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变换范围。

参阅图1，图1为本发明一种抛光模修盘周期的检测装置，包括：抛光盘2，所述抛光盘2为圆盘或环形盘，位于所述抛光盘2表面浇注或粘贴的抛光模21，所述抛光模21表面开有沟槽22；位于所述的抛光盘2的上方且与地面固定连接的机架1；其特征在于，还包括用于对抛光模21的表面形貌进行检测的光学检测组件3，处理器4，以及用于测量光源31水平安装误差的水平度测量组件5；

所述的水平度测量组件5包括：激光位移传感器51、连接座52，以及位于该激光位移传感器51正下方的水槽53；

所述的光学检测组件3包括：光源31和探测装置32，所述的光源31通过连接座52与机架1固定连接，用于向抛光模21发射探测光，所述的探测装置32与机架1固定连接，用于接收经所述的抛光模21反射的探测光；所述的处理器4分别与所述的激光位移传感器51和探测装置32相连，并处理得到所述的抛光模21的表面形貌，确定所述的抛光模21的修盘周期。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的激光位移传感器51数量为两个，且与所述的光源安装于同一平面。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的水槽内装有水54，且放置于所述抛光模21表面。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的光源31是结构光光源，包括激光器和图案元件，所述图案元件表面具有条纹图案；或者，所述结构光光源为用于投射条纹图案的显示器。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述探测装置32是3D相机；

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的光源31发出的探测光的光轴垂直于所述抛光模21表面；所述探测装置32的光轴与所述抛光模21表面的夹角为40-60度。

所述的抛光模修盘周期的检测装置，其特征在于，所述的探测装置32的视场覆盖所述的抛光模21表面的探测区域，

当所述抛光盘为圆盘时，该探测区域的直径不小于抛光盘2的半径；

当所述抛光盘2为环形盘时，该探测区域的直径不小于抛光盘2的环形宽度。

所述的抛光模修盘周期的检测装置进行抛光模修盘周期的检测方法，包括如下步骤：

1)两个激光位移传感器51分别测量各自与水面54之间的高度h₁,h₂，计算光源沿机架方向安装误差为θ＝(h₂-h₁)/l(其中l为两个激光位移传感器之间的连线距离)；

2)光源31向抛光模21发射探测光，所述探测装置32实时接收覆盖区域内经所述的抛光模21反射的的探测光；

3)处理器4根据接收的探测光，计算出该视场内抛光模21的表面形貌s₁(x,y,z)＝s₁(x₁,x₂,...x_n；y₁,y₂,...y_n；z₁,z₂,...z_n)，(n是在处理器接收的探测光在x、y、z方向的取样点数，一般n取100～150)，通过去倾斜处理，即s₁'(x,y,z)＝s₁(xcosθ,y,z)，则该口径内抛光模的表面形貌为s₁'(x,y,z)＝s₁(x₁cosθ,x₂cosθ,...x_ncosθ；y₁,y₂,...y_n；z₁,z₂,...z_n)；

4)使抛光盘2带动所述抛光模21绕中心轴旋转角度360°/N(N为校正盘的圆周等分份数)，探测光在所述的抛光模21表面扫描，重复步骤1)～3)，获得该视场内抛光模表面形貌s₂'(x,y,z)，直至完成(N-1)次旋转后，得到s₃'(x,y,z),...,s_N'(x,y,z)。

5)通过子口径拼接技术，得到整个抛光模21表面形貌为

6)根据整个抛光模的表面形貌，得到抛光模上沟槽的宽度w和沟槽的深度d，当沟槽的宽度深度小于设定阈值时，即宽度w＜W和深度d＜D，则需要对抛光模进行修复或更换；否则，继续维持抛光摸的现有状态，进行元件抛光。

所述的抛光装置的抛光模的检测方法，其特征在于，所述的阈值一般采用经验值，宽度W＝3～5mm，深度D＝1～2mm。

所述的抛光装置的抛光模的检测方法，其特征在于，所述的校正盘的圆周等分份数N为6～12，每两次旋转之间抛光模重叠区域面积不小于探测装置视场覆盖区域面积的三分之一；

采用结构光光源和探测装置、处理器构建抛光模表面形貌的原理是，结构光光源发出具有一定空间相位编码的探测光束，投射到抛光模表面，再由探测装置采集经抛光模表面反射的探测光束。结构光光源发出的具备一定空间相位编码的结构光束，会因为抛光模表面的不同深度宽度区域而形成不同的点云模型，处理器通过将表面结构变化的相位信息求解出抛光模表面沟槽的深度宽度，从而构建抛光模表面的形貌。