[发明专利]与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统和方法

权利要求书

1.一种与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，其特征在于，包括：

刀具架，其配置有金刚石刀具；

纵向快速刀具伺服，用于驱动刀具架在纵向位移，其包括第一压电陶瓷驱动器、第一电容式位移传感器和第一力传感器；

横向快速刀具伺服，用于驱动刀具架在横向位移，其包括第二压电陶瓷驱动器、第二电容式位移传感器和第二力传感器；

以及控制模组，其包括分别耦接所述第一电容式位移传感器和第二电容式位移传感器的加工模式反馈控制器组，和分别耦接所述第一力传感器和第二力传感器的测量模式反馈控制器组；还包括选择开关，所述第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器经所述选择开关耦接所述加工模式反馈控制器组或测量模式反馈控制器组。

2.如权利要求1所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，其特征在于，所述测量模式反馈控制器组用于接收第一力传感器和第二力传感器反馈的接触力信号，并基于设定的参考信号对接触力进行闭环反馈控制以保持所述接触力大小不变，从而刀具在加工工件表面进行位移时作为扫描探针使用，使刀具工作于测量模式。

3.如权利要求1所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，其特征在于，所述加工模式反馈控制器组用于接收第一电容式位移传感器和第二电容式位移传感器反馈的刀具在纵/横向的位移，并基于设定轨迹闭环控制刀具的位移以按照设定轨迹进行切削加工，使刀具工作于加工模式。

4.如权利要求3所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，其特征在于，所述测量模式反馈控制器组还用于在刀具按照设定轨迹进行切削加工时接收第一力传感器和第二力传感器反馈的接触力信号，进而实时监测纵/横向切削力的大小。

5.如权利要求1-4任一项所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，其特征在于，还包括：

分别集成有直线编码器的X/Y/Z向滑座，其用于驱动待加工工件在X/Y/Z方向位移；

以及主控计算机，其连接集成于X/Y/Z向滑座上的直线编码器，以及所述控制模组，用于接收处理数据并发送控制指令。

6.一种与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、基于加工过程中力传感器反馈的切削力信号和位移传感器反馈的位移信号形成切削力图谱；

S2、基于所述切削力图谱中的异常信号辨识微结构缺陷产生的区域位置；

S3、在测量模式下使用刀具对所述微结构缺陷产生的区域位置进行扫描，得到微结构缺陷的形状特征；

S4、在加工模式下使用刀具根据设定的轨迹对所述微结构缺陷所在的区域重新进行切削加工，以保证整体微结构形状的一致性。

7.如权利要求6所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，其特征在于，S1中，所述切削力图谱由X/Y向的位移信号及对应的Z向切削力信号构成。

8.如权利要求6所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，其特征在于，S2中，若所述切削力图谱中呈现稳定的周期性变化的信号，则判定为正常信号，否则判定为异常信号。

9.如权利要求6所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，其特征在于，S3具体包括：

控制X/Y向滑座驱动工件运动，使刀具尖端沿着X/Y方向对微结构缺陷所在的区域进行扫描，同时保持刀具尖端与微结构之间的接触力不变以实现刀具尖端对缺陷形貌的跟踪，结合位移传感器测得的刀具在X/Y方向的扫描位移和Z方向的跟踪位移，得到微结构缺陷的形状特征。

10.如权利要求6-9任一项所述的与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，其特征在于，还包括：

S5、在测量模式下使用刀具对已修复的区域的形状进行测量，检验修复效果。