CN114406473A - 一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，具有以下步骤，线结构光传感器与振镜相对位置标定；金刚石片表面扫描；分析表面密集点云数据；若平整度不满足要求，通过振镜控制激光束进行定点去除。本发明通过线结构光传感器检测金刚石片表面形貌，再根据表面点云数据对金刚石片凸点进行定点去除，达到表面整平的目的，提高了金刚石片整平工艺效率，同时提高了整平质量，降低了金刚石片整平的生产成本。

Description

一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法
技术领域
本发明涉及金刚石技术加工领域，具体涉及一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法。
背景技术
人造金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)等超硬材料是超硬刀具制备的原材料，金刚石刀片的制备首先需要制备出平整的金刚石片，然后通过激光切割等方式加工。而金刚石片在粗加工后表面存在大量或大幅不平整的凸处，甚至存在金刚石片上下面平行度不合格的情况，需要通过检测和整平工艺完成金刚石片表面处理的过程。然而金刚石是最坚硬的材料，制备难度较大。电火花加工和电火花磨削都适用于超硬材料的加工，但都受到电极磨损快、速度慢的限制，由于材料的无选择性，超快激光加工被认为是很有吸引力的硬质材料加工方法。
激光加工金刚石片不仅克服了难加工的问题，还提高了加工效率。但对于金刚石片表面整平，激光去材量具有不确定性，同时激光功率过高会导致金刚石石墨化现象严重，影响表面精密结构和粗糙度。故目前还未有采用激光整平金刚石表面的方法和装置。
专利申请号CN202110529102.2，公开号CN113172342A，提供了一种用于金刚石表面平坦化加工的激光加工装置及方法，但是该方法使用的同轴光位移传感器只能进行单点测量，需要来回测量大量位置点，效率较低。同该方法使用线状激光束进行表面去除，容易破坏平整的地方，引起加工缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，具有一下步骤：
S1,线结构光传感器与振镜相对位置标定；
S2,线结构光传感器对金刚石片表面进行x向平移扫描，得到金刚石片表面的密集点云数据；
S3,分析处理点云数据，得到表面待去除凸点位置的x、y坐标，传给振镜实现激光定点去除；
S4,重复步骤S2和S3，直至金刚石片表面平整度符合要求。
上述技术方案S1中，所述标定通过激光试刻图案法完成线结构光传感器与振镜的相对位置标定。
上述技术方案S3中,所述分析处理点云数据拟合金刚石片表面片平面方程，得到金刚石片厚度H，分析金刚石片表面凸点情况得到集合P＝{pi(xi，yi，zi),1＜i＜N}，其中N为凸点数目，pi(xi，yi，zi)表示凸点的x、y坐标和凸高，然后通过坐标换算，得到相对于振镜的坐标位置并实现激光定点去除。
上述技术方案还包括如下设备：激光器、光学系统、振镜、X轴线性机械运动平台、Z轴线性机械运动平台、线结构光传感器，其中，所述激光器射出的激光束通过所述光学系统进入所述振镜，所述振镜控制激光束聚焦位置实现平面材料定点去除；所述振镜和所述线结构光传感器相对静止，且都固定在所述Z轴线性机械运动平台上，随着Z轴线性机械运动平台的电机实现上下平移；加工台设置于X轴线性机械运动平台上，且X轴与Z轴相交。
上述技术方案所述线结构光传感器与所述振镜共同安装在Z轴线性机械运动平台上，且相对位置固定。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
本发明使用的装置简单、成本低，通过线结构光传感器检测金刚石片表面形貌，再根据表面点云数据对金刚石片凸点进行定点去除，装置简单、成本低，通过线结构光扫描得到表面凸点后进行定点去除，避免了激光全面扫除导致热缺陷和二次凹凸的情况，达到表面整平的目的，提高了金刚石片整平工艺效率，同时提高了整平质量，降低了金刚石片整平的生产成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明利用线结构光整平金刚石片表面的方法流程图；
图2为本发明利用线结构光整平金刚石片表面的装置机械结构图。
图中：振镜1、金刚石片2、加工台3、X轴线性机械运动平台4、Z轴线性机械运动平台5、线结构光传感器6、固定板7。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
见图1和图2，本发明提供一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，具有以下步骤：
S1,线结构光传感器6与振镜1相对位置标定；首先需要安装好线结构光传感器6与振镜1，尽量保持传感器扫描平面与振镜聚焦平面二者平行；
S2,线结构光传感器6对金刚石片2表面进行x向平移扫描，得到金刚石片表面的密集点云数据；线结构光传感器6连接X轴线性机械运动平台4上的编码器，匀速移动加工台3，使加工台3相对线结构光传感器6平移，完成扫描。
S3,分析处理点云数据，得到表面待去除凸点位置的x、y坐标，传给振镜1实现激光定点去除；扫描到的加工台3平面进行数据分析，若加工台不平行，则微量调节其安装姿态，直至线结构光传感器6扫描平面与加工台3平行。然后，在加工台3上放置光滑铝片，先使用振镜在铝片上刻蚀菱形浅槽，然后移动X轴线性机械运动平台4进行扫描，记录移动的x值，分析扫描点云，提取菱形边缘，长短边分别为振镜的X，Y向，计算得到旋转矩阵R，位移矩阵T。将标定数据保存，以供后续使用而不用再次标定。
S4,重复步骤S2和S3，直至金刚石片表面平整度符合要求。一般重复次数取决于激光功率大小，激光功率越小，一般重复次数越多，激光功率越大，一般重复次数越少，但随着激光功率的增大，容易出现表面质量缺陷问题，故激光功率不宜过大
S1中，标定通过激光试刻图案法完成线结构光传感器与振镜的相对位置标定。
S3中,分析处理点云数据拟合金刚石片表面片平面方程，得到金刚石片厚度H，分析金刚石片表面凸点情况得到集合P＝{pi(xi，yi，zi),1＜i＜N}，其中N为凸点数目，pi(xi，yi，zi)表示凸点的x、y坐标和凸高，然后通过坐标换算，得到相对于振镜的坐标位置并实现激光定点去除。
还包括如下设备：激光器、光学系统、振镜1、X轴线性机械运动平台4、Z轴线性机械运动平台5、线结构光传感器6，其中，激光器射出的激光束通过光学系统进入振镜1，振镜1控制激光束聚焦位置实现平面材料定点去除；振镜1和线结构光传感器6相对静止，且都固定在Z轴线性机械运动平台5上，随着Z轴线性机械运动平台5的电机实现上下平移；加工台3设置于X轴线性机械运动平台4上，且X轴与Z轴相交。
线结构光传感器6与振镜1共同安装在Z轴线性机械运动平台5上，且相对位置固定，线结构光传感器6可以随Z轴线性机械运动平台5上下平移。其中，线结构光传感器6的线结构光可以检测金刚石片2厚度，自动调节振镜1高度至焦距，线结构光传感器6通过X轴线性机械运动平台4平移和X轴编码器信号完成金刚石片2表面扫描，实现金刚石片2表面凸点去除。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，其特征在于，具有以下步骤：
S1,线结构光传感器与振镜相对位置标定；
S2,线结构光传感器对金刚石片表面进行x向平移扫描，得到金刚石片表面的密集点云数据；
S3,分析处理点云数据，得到表面待去除凸点位置的x、y坐标，传给振镜实现激光定点去除；
S4,重复步骤S2和S3，直至金刚石片表面平整度符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，其特征在于：S1中，所述标定通过激光试刻图案法完成线结构光传感器与振镜的相对位置标定。
3.根据权利要求1所述的一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，其特征在于：S3中,所述分析处理点云数据拟合金刚石片表面片平面方程，得到金刚石片厚度H，分析金刚石片表面凸点情况得到集合P＝{pi(xi，yi，zi),1＜i＜N}，其中N为凸点数目，pi(xi，yi，zi)表示凸点的x、y坐标和凸高，然后通过坐标换算，得到相对于振镜的坐标位置并实现激光定点去除。
4.根据权利要求1所述的一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，其特征在于，还包括如下设备：激光器、光学系统、振镜、X轴线性机械运动平台、Z轴线性机械运动平台、线结构光传感器，其中，所述激光器射出的激光束通过所述光学系统进入所述振镜，所述振镜控制激光束聚焦位置实现平面材料定点去除；所述振镜和所述线结构光传感器相对静止，且都固定在所述Z轴线性机械运动平台上，随着Z轴线性机械运动平台的电机实现上下平移；加工台设置于X轴线性机械运动平台上，且X轴与Z轴相交。
5.根据权利要求4所述的一种利用线结构光整平金刚石片表面的方法，其特征在于：所述线结构光传感器与所述振镜共同安装在Z轴线性机械运动平台上，且相对位置固定。
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