CN210997937U - 一种具有机器视觉的超精密抛光系统 - Google Patents

Abstract

一种具有机器视觉的超精密抛光系统，其特征是它包括固定支架（3）、高精度Z轴位移装置（1）与X轴位移装置（2），X轴位移装置（2）安装在固定支架（3）上并能左右移动，高精度Z轴位移装置（1）安装在X轴位移装置（2）上并能上下移动，高精度Z轴位移装置（1）上安装有能随动的CCD（4）和光学显微镜头（5），在光学显微镜头（5）的下部安装有抛光垫（9），抛光垫（9）安装在抛光盘（8）上，在抛光盘（8）的一侧安装有单轴抛光机（6），所述的CCD（4）与计算机辅助工艺参数系统相连。本实用新型能得到精确的抛光垫面形精度与抛光垫磨损状况；避免反复拆装工件引入的重复定位误差，提高加工精度。

Description

一种具有机器视觉的超精密抛光系统

技术领域

本实用新型属于超精密抛光加工领域，尤其涉及一种具有机器视觉的超精密抛光系统。

背景技术

单轴抛光机广泛应用于加工平面光学元件，为保证加工面型精度，通常需要不断调整摆轴的摆幅以及摆动速度。这种传统的加工系统具有多方面不足，首先，加工效率低下，通常需要在加工一定时间后进行离线检测，在工件拆除后需要等待数小时状态稳定后使用干涉仪对当前加工面型精度进行评价。反复拆装对工件的重复定位精度有较高的要求，在这一过程中容易引入大量误差。其次，传统单轴抛光系统的操作严重依赖操作人员，只有经验丰富的操作人员才能将摆轴准确调整调节至提高加工精度的方向并更换失效的抛光垫以提高加工精度。现有几种在线检测抛光系统通常采用声发射检测该误差带入到图像的分析算法中，通常用于检测抛光后表面质量，且不具备自动调节改善加工品质功能，无法在生产中大规模应用。超精密抛光的典型特征是复映加工，提高工件面形精度最为有效的手段是改善抛光垫的面形精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有机器视觉的超精密抛光系统，旨在降低加工的成本、提高加工效率及加工精度。

本实用新型的技术方案是：

一种具有机器视觉的超精密抛光系统，其特征在于它包括：

一光学检测系统，该光学检测系统具有高精度Z轴位移装置与X轴位移装置，能够采集并合成大面积超景深图像；

一抛光装置，该抛光装置的摆轴可控调节；

一计算机辅助工艺参数系统；该计算机辅助工艺参数系统能利用计算机机器视觉算法，分析抛光垫面形与使用寿命，并能根据抛光垫面形对工艺参数进行优化，控制单轴抛光设备的摆轴的摆幅及转速。

所述的光学检测系统主要作用是在线检测抛光垫面形精度用。由固定支架，高精度Z轴位移装置，X轴位移装置，光学显微镜头，CCD，机器视觉面形分析系统，抛光垫磨损量检测系统组成。为减小抛光液对机器视觉检测的影响，选用的镜头应当为具有偏振镜片的光学镜头。

所述的计算机辅助工艺参数系统为具有人工智能神经网络的程序，具有以下特征：1.依据工艺目标智能生成合理的抛光转速，抛光液等工艺参数；2.通过接收当前抛光垫面形状况智能调节摆轴的摆幅以及转速。

所述的抛光装置则为传统的单轴抛光机，需要额外增加直线步进电机对摆轴的位移进行精确的调节。

所述的光学显微镜头具有超浅景深特性，通过调节镜头以及CCD的X轴Z轴位移，拍摄多张抛光垫表面图像，通过计算机机器视觉分析，合成具有三维形貌特征的超景深研磨垫表面形貌并进行形貌分析与磨损分析。并以此为依据，对超精密抛光的工艺参数进行调整。

本实用新型的有益效果是：

使用该系统可以得到精确的抛光垫面形精度与抛光垫磨损状况，并进行实时调节。使用该系统可以节省加工过程中所需的检测时间，提高加工效率；避免反复拆装工件引入的重复定位误差，提高加工精度；可以摆脱对经验丰富操作人员的依赖，且在传统单轴抛光机上锁添加的附件价格低廉，大幅降低了加工成本，适用于大规模平面光学零件加工。

附图说明

图1.为带有机器视觉的超精密抛光加工系统示意图

图中：1：高精度Z轴位移装置， 2：X轴位移装置，3：固定支架，4：CCD，5：光学显微镜头，6：单轴抛光机，7：主轴，8：抛光盘，9：抛光垫，10：工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

如图1所示。

一种具有机器视觉的超精密抛光系统，它包括固定支架3、高精度Z轴位移装置1与X轴位移装置2，X轴位移装置2安装在固定支架3上并能左右移动，高精度Z轴位移装置1安装在X轴位移装置2上并能上下移动，高精度Z轴位移装置1上安装有能随动的CCD4和光学显微镜头5，在光学显微镜头5的下部安装有抛光垫9，抛光垫9安装在抛光盘8上，抛光盘8由主轴7带动高速转动，在抛光盘8的一侧安装单轴抛光机6，单轴抛光机6连接有摆轴调整机构，摆轴调整机构可采用直线步进电机加以实现，直线步进电机能带动单轴抛光机6连同其上安装的工件10作沿抛光盘8的径向移动。其中固定支架3、高精度Z轴位移装置1、X轴位移装置2、光学显微镜头5和CCD4组成构成了本实用新型的光学检测系统。其中CCD4与后台的计算机辅助工艺参数系统相连，计算机辅助工艺参数系统能利用计算机机器视觉算法（现有技术或采用现有技术即可加以实现），分析抛光垫面形与使用寿命，并能根据抛光垫面形对工艺参数进行优化，控制单轴抛光设备的摆轴的摆幅及转速。所述的计算机辅助工艺参数系统可为利用现有技术设计编制的具有人工智能神经网络的程序，具有以下特征：1.能依据工艺目标智能生成合理的抛光转速，抛光液等工艺参数；2.通过接收当前抛光垫面形状况智能调节摆轴的摆幅以及转速。

本实用新型的工作原理为：在开始加工前打开光学显微镜头5与CCD4，使用X轴位移装置2移动CCD4与光学显微镜头5至抛光垫9圆形处，并进行对焦。对焦完成后以焦平面为基准使用Z轴位移装置1，令CCD4向下位移1mm。在向下位移的过程中，期间每下降50μm，采集一张图片。图片采集完成后将CCD4向远离抛光垫9圆心方向移动1mm，重复上述步骤，完成对焦、采集的过程直至移动至抛光垫9边缘。

将采集的图片利用计算机机器视觉算法将同一X位移下采集的每一张照片识别反差最高区域，并将这些区域进行叠加，合成为一张具有1mm景深的三维形貌图。将这些沿着X轴方向采集的三维形貌图进行无缝拼接，可以拼合成一张完整的抛光垫9沿X方向的三维形貌图。由此可以对抛光垫9的表面形貌进行分析。

完成初次形貌分析后，即可将工件10安装至单轴抛光机上进行抛光。抛光过程中反复上述步骤。需要注意的是，采集频率必须是转速的整数倍，只有这样才能保证每次采集的点均为同一个点。当检测到抛光垫9发生局部区域凹陷时，通过计算机对摆轴调整机构的位移进行调节，直至抛光垫9面形的得到修正。

采集的图像不仅可用于分析抛光垫9的面形，还可以用于分析抛光垫9的磨损状况。通常使用的为多孔聚氨酯抛光垫。使用多孔聚氨酯抛光垫的好处为其中的孔隙可以保存抛光液提高抛光效率。对采集的图像进行二值化后即可分析表面孔隙率，当孔隙大小超过一定范围时，抛光垫9难以对抛光液起到保存作用，此时可以认为抛光垫接近失效，应当停机提醒操作人员更换抛光垫9。

本实用新型未涉及部分如抛光垫面形参数与寿命的关系等与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种具有机器视觉的超精密抛光系统，其特征是它包括固定支架（3）、高精度Z轴位移装置（1）与X轴位移装置（2），X轴位移装置（2）安装在固定支架（3）上并能左右移动，高精度Z轴位移装置（1）安装在X轴位移装置（2）上并能上下移动，高精度Z轴位移装置（1）上安装有能随动的CCD（4）和光学显微镜头（5），在光学显微镜头（5）的下部安装有抛光垫（9），抛光垫（9）安装在抛光盘（8）上，抛光盘（8）由主轴（7）带动高速转动，在抛光盘（8）的一侧安装有单轴抛光机（6），单轴抛光机连接有摆轴调整机构，摆轴调整机构能带动单轴抛光机及其上安装的工件（10）沿抛光盘（8）的径向移动；所述的CCD（4）与计算机辅助工艺参数系统相连，计算机辅助工艺参数系统能利用计算机机器视觉算法分析CCD（4）得到的抛光垫（9）的面形与使用寿命，并能根据抛光垫（9）的面形对工艺参数进行优化，控制单轴抛光机（6）的摆轴调整机构，对摆轴的摆幅及转速进行调节。

2.根据权利要求 1 所述的超精密抛光系统，其特征在于所述的光学显微镜头（5）为具有偏振镜片的光学镜头。

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