[发明专利]一种金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法

说明书

本发明公开一种金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法，该方法适用于具有复杂回转对称微结构的金刚石压砧，该方法首先利用显微镜获取压砧的三维点云数据，之后去除三维点云数据中的无效点云数据，接着求取有效点云的回转轴，并将有效点云变换到以回转轴为z轴的坐标系中，然后计算出过压砧回转轴任意截面的轮廓线，最后通过与最佳拟合轮廓线进行比对后，计算出压砧的轮廓精度。本发明公开的金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法相比传统人工检测方法，检测精度高，其精度检测可达到nm量级，且本方法也适用于其他具有回转微结构的金刚石压砧的轮廓精度检测。

技术领域

本发明属于超精密机械加工技术领域，具体涉及一种金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法。

背景技术

近年来含有复杂回转对称微结构的压砧因具有优越的性能而被广泛应用于超精密加工领域，压砧在使用过程中伴随着磨损，这种磨损必然会引起加工零件表面精度的变化，因此经常对压砧进行轮廓精度检测不仅有利于判定压砧使用寿命，而且对于超精密加工零件表面精度的控制具有重要意义。

用于超精密加工领域的压砧结构复杂、品控要求极高，其轮廓检测精度一般要求达到nm量级，传统的人工检测方法主要通过人工操作轮廓仪读取数值的方式完成检测，传统轮廓仪的测量探针在检测时对零件表面存在一定的损伤，而且人工检测方式容易存在错检、漏检和标准不一致的情况，轮廓仪检测精度低很难达到nm级的检测精度，因此无法满足压砧的检测需求。

近年来，随着三维成像技术的发展，原子力显微镜和共聚焦显微镜等三维成像检测设备的检测精度虽然能够达到nm量级，但这类设备往往只能得到压砧高精度的点云信息，由于缺乏针对点云截面轮廓的计算方法，因此目前无法精准获取用于实际切削加工的压砧的轮廓精度。

因此，亟需一种金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法，该计算方法可获取用于超精密加工领域的金刚石压砧过轴截面的轮廓精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法，该计算方法通过对显微镜获取的金刚石压砧的三维点云数据进行处理，得到金刚石压砧过轴截面轮廓的精度。本发明公开的方法相比传统人工检测方法，检测精度高，对金刚石压砧轮廓的精度检测可达到nm量级，且本方法也适用于其他具有回转微结构的金刚石压砧的轮廓精度检测。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种金刚石压砧过轴截面轮廓的精度计算方法，所述方法适用于具有复杂回转对称微结构的金刚石压砧，所述金刚石压砧包括圆形切削平面，圆环形基底面以及连接加工切削平面和基底面的回转曲面；所述方法包括以下步骤：

1.1.利用显微镜对金刚石压砧进行测量，得到显微镜坐标系下金刚石压砧的多组三维点云数据；

1.2.将多组三维点云数据进行拼接融合后得到压砧的三维点云数据P₀；

1.3.对三维点云数据P₀进行去噪处理，得到压砧的有效三维点云数据P_f；

1.4.计算压砧有效三维点云数据P_f的回转轴l；

1.5.对压砧有效三维点云数据P_f进行坐标变换，将显微镜坐标下的压砧有效三维点云数据P_f变换到z轴与回转轴l方向向量一致的新坐标系O-x'y'z'中，得到变换后的三维有效点云数据P_T；

1.6.求取三维有效点云数据P_T的形心坐标，进一步求取过回转轴l的任意截面P的轮廓线f；

1.7.求解与任意截面P相对应的最佳拟合轮廓线f_b，并逐点计算拟合轮廓线f_b与轮廓线f之间的高度差，进而得到压砧的任意截面P的轮廓精度。