[发明专利]面向超声冲击加工的光路辅助显微视觉检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种面向超声冲击加工的光路辅助显微视觉检测系统和方法，所述系统包括显微视觉相机、工控机、一号镜面偏转装置、二号镜面偏转装置、超声冲击刀具、加工平台、加工工件、LED光源，其中：所述工控机分别与显微视觉相机、一号镜面偏转装置、二号镜面偏转装置、LED光源线路连接；所述LED光源发出的光线照射在加工工件上，经一号镜面偏转装置的镜面和二号镜面偏转装置的镜面反射后由显微视觉相机在位采集超声冲击刀具形貌和加工工件表面微结构尺寸信息图像。本发明通过在位检测可以对加工过程进行及时的控制和管理，并且在发生误差后可以及时修改，降低超声冲击精密加工的生产成本和废品率。

技术领域

本发明属于视觉检测技术领域，涉及一种面向超声冲击加工的光路辅助显微视觉检测系统和方法。

背景技术

功能表面微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等。功能表面微结构具有超疏水、陷光、减阻减摩、降噪等功能特性，具有重要的实际应用价值。例如，通过制备功能表面微结构来提高不锈钢的摩擦磨损性能的研究工作得到了国内外学者和工业界的广泛关注。

基于超声冲击的不锈钢表面微织构制备技术以万赫兹量级频率和微米量级振幅冲击不锈钢工件表面以获得不锈钢表面微织构的制备。利用大功率的能量推动冲击头以每秒数万次的频率冲击不锈钢表面，高频、高效和聚焦下的大能量作用使不锈钢表层产生较大的压缩塑性变形。同时，超声冲击改变了表层原有的应力场，在被处理表面可以产生有益的压应力。此外，在高能量冲击下不锈钢表面温度极速升高又迅速冷却，使作用区表层金属组织发生变化，使冲击部位得以强化。在此基础上，通过增加冲击头的振幅，可以在被处理材料表面产生永久的塑性变形来产生点状织构。进一步地，结合精密运动装置和插补算法来精确控制冲击头的运动轨迹，可以在金属表面产生直线或曲线沟槽等复杂形状织构，从而实现高精度功能表面微结构的加工制备。

这种超精密的超声冲击加工的加工时间往往较长并且冲击较大，具有恒定表面质量保障的工艺稳定性受到硬质不锈钢超声冲击刀具磨损的影响，这种磨损会对不锈钢表面微织构的加工精度产生影响。另外，功能表面微织构的形貌和尺寸一般在微米量级，其加工精度的误差往往也会影响它的特定功能的实现。目前，只是在一个完整的精密加工流程后才会对磨损的刀具和工件进行检测，这就导致产生巨大的废品率。如何实时地在位检测超声冲击刀具表面形貌和加工工件微结构尺寸就成为一个迫切需求。通过在位检测可以对加工过程进行及时的控制和管理，并且在发生误差后可以及时进行修改。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种面向超声冲击加工的光路辅助显微视觉检测系统和方法。本发明为超声冲击精密加工制造提出了适用的在位工艺检测和自动化方案，这种方案可以实现对超声冲击刀具形貌和加工工件表面微结构尺寸的在位检测和加工工艺的自动化。这样，可以确保在超声冲击精密加工中仍达到很高的工艺稳定性和均衡的表面质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种面向超声冲击加工的光路辅助显微视觉检测系统，包括显微视觉相机、工控机、一号镜面偏转装置、二号镜面偏转装置、超声冲击刀具、加工平台、加工工件、LED光源，其中：

所述工控机分别与显微视觉相机、一号镜面偏转装置、二号镜面偏转装置、LED光源线路连接；

所述一号镜面偏转装置和二号镜面偏转装置结构相同，包括高精度舵机、法兰盘、螺钉、U型支架、镜面，法兰盘通过螺钉与高精度舵机进行固定，U型支架通过螺钉与法兰盘进行固定，镜面粘接在U型支架上；

所述一号镜面偏转装置的镜面在高精度舵机的带动下沿前后水平轴进行偏转；

所述二号镜面偏转装置的镜面在高精度舵机的带动下沿左右水平轴进行偏转；

所述加工平台上安装有超声冲击刀具；

所述超声冲击刀具的下方设置有加工工件；