專利名稱：超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對氣囊拋光技術(shù)獲取工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。
背景技術(shù)：
“邊緣效應”被視為當前大口徑非球面拋光過程中的技術(shù)難點，產(chǎn)生的原因是拋光工具對工件邊緣的非連續(xù)局部作用，導致工件邊緣區(qū)域的精度急劇下降，典型的現(xiàn)象是“塌邊”，一旦出現(xiàn)“塌邊”，整個加工過程就要從頭開始，甚至被放棄?！斑吘壭笔谴蠖鄶?shù)計算機控制拋光技術(shù)難以避免的問題，嚴重制約了加工精度和效率。由于氣囊拋光技術(shù)中拋光工具為柔性的充氣氣囊，機械結(jié)構(gòu)復雜，拋光過程中的“邊緣效應”更為顯著。工件邊緣精度控制是氣囊拋光大口徑非球面的重要關(guān)鍵技術(shù)，而獲取氣囊拋光工具在工件邊緣的去除函數(shù)是進行邊緣精度控制的關(guān)鍵。當高速旋轉(zhuǎn)的拋光氣囊伸出工件邊界時，工件邊緣區(qū)域的材料去除量會極度增大，這樣的陡度會超出干涉儀的測量能力，因此無法通過干涉儀測得完整的三維去除函數(shù)。實驗表明，利用直徑80mm的拋光氣囊、20mm的去除函數(shù),約有5mm的邊緣區(qū)域無法
獲得干涉條紋。工件邊緣區(qū)域的去除函數(shù)可以根據(jù)Preston方程進行仿真獲得，Preston方程對拋光過程材料去除特性的描述如下:dz/dt = k.V.Pk為比例常數(shù)，它與被拋光材料、拋光膜層材料、拋光粉種類、拋光液濃度、PH值以及拋光溫度有關(guān)，V為工件表面某一點的瞬時拋光速度，P為拋光壓力，V和P都是關(guān)于位置坐標(X，y)和時間t的函數(shù) 。根據(jù)拋光過程去除函數(shù)的定義:定點拋光時單位時間內(nèi)拋光工具對工件的材料去除量分布，因此去除函數(shù)可以根據(jù)下式仿真得到:
I (tTR{x, y) =— Α./)(λ., y) ■ γ(α\ y)
j JO其中T為去除函數(shù)的測試周期，v(x, y))是拋光區(qū)域的速度分布，P (X，y)是拋光區(qū)域的壓強分布。一般來講，拋光區(qū)域的速度分布可以通過分析拋光工具的空間運動關(guān)系直接計算得到。但計算拋光區(qū)域的壓強分布十分困難，而準確獲得工件邊緣區(qū)域的壓強分布就更加復雜。根據(jù)目前可檢索的文獻，國內(nèi)外普遍通過建立工件邊緣區(qū)域壓強分布的數(shù)學模型進行仿真，這些方法都存在一定的局限性，其中典型的是工件和拋光工具接觸區(qū)的壓強分布線性模型，在分析過程中工件某些部位會出現(xiàn)負值壓強，因此無法準確仿真邊緣區(qū)域的去除函數(shù)。而對于結(jié)構(gòu)復雜的氣囊拋光工具，如何建立準確的數(shù)學模型來計算工件邊緣區(qū)域的壓強分布尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決目前方法無法通過實驗測量或仿真的方法獲得氣囊拋光工件邊緣區(qū)域去除函數(shù)的問題，而提供了超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法按以下步驟實現(xiàn):一、對工件進行加工與測量(I)在工件邊緣定點拋光，生成工件邊緣去除函數(shù)；(2)利用干涉儀對工件邊緣去除函數(shù)進行測量，得到三維測量數(shù)據(jù)；(3)利用輪廓儀對工件邊緣去除函數(shù)進行橫向掃描測量，得到工件邊界上的材料去除深度；二、二維與三維測量數(shù)據(jù)的縫接(I)通過對步驟一(3)中工件邊界上的材料去除深度進行差值運算，得到工件邊界上的材料去除深度分布曲線；(2)通過對步驟一(2)中的三維測量數(shù)據(jù)與步驟二中(I)中工件邊界上的材料去除分布曲線的數(shù)據(jù)進行差值運算，實現(xiàn)工件邊緣去除函數(shù)丟失數(shù)據(jù)的恢復，獲得完整的工件邊緣的材料去除函數(shù),即完成了超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明避免了為獲取氣囊拋光工件邊緣區(qū)域去除函數(shù)而計算工件邊緣區(qū)域壓強分布的復雜過程。本發(fā)明能通過干涉儀與輪廓儀的測量數(shù)據(jù)快速獲得工件邊緣區(qū)域的去除函數(shù)。在三維與二維數(shù)據(jù)的縫接過程中避免了“去傾斜”等數(shù)據(jù)處理，該方法操作簡單、精度高。這種獲取邊緣區(qū)域去除函數(shù)的方法同樣適合于其它拋光技術(shù)。


圖1為具體實施方式
一中工件邊界上的材料去除深度分布曲線；其中，.為工件邊界上的二維測量點，一為通過二維測量點差值得到的去除函數(shù)邊界，I為干涉儀測量三維數(shù)據(jù)丟失的寬度，A為工件邊界上去除深度分布曲線，XY為測量去除函數(shù)的坐標系；圖2為具體實施方式
二中利用干涉儀的測量數(shù)據(jù)與邊界點的數(shù)據(jù)獲得完整三維邊緣去除函數(shù)的示意圖，其中，a為通過干涉儀三維數(shù)據(jù)與邊界數(shù)據(jù)差值得到的數(shù)據(jù)點；圖3是圖2中a在坐標系XZ中的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:本實施方式的超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法按以下步驟實現(xiàn):一、對工件進行加工與測量(I)在工件邊緣定點拋光，生成工件邊緣去除函數(shù)；(2)利用干涉儀對工件邊緣去除函數(shù)進行測量，得到三維測量數(shù)據(jù)；(3)利用輪廓儀對工件邊緣去除函數(shù)進行橫向掃描測量，得到工件邊界上的材料去除深度；二、二維與三維測量數(shù)據(jù)的縫接(I)通過對步驟一(3)中工件邊界上的材料去除深度進行差值運算，得到工件邊界上的材料去除深度分布曲線；(2)通過對步驟一(2)中的三維測量數(shù)據(jù)與步驟二中(I)中工件邊界上的材料去除分布曲線的數(shù)據(jù)進行差值運算，實現(xiàn)工件邊緣去除函數(shù)丟失數(shù)據(jù)的恢復，獲得完整的工件邊緣的材料去除函數(shù),即完成了超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。本實施方式中，干涉儀為通用商業(yè)激光干涉儀，購買自美國ZYGO公司，型號為GPItmXP激光干涉儀；輪廓儀為通用商業(yè)表面輪廓儀，購買自英國Taylor Hobson公司的GPI1200表面輪廓儀；所述步驟一(2)中部分工件邊界區(qū)域的數(shù)據(jù)由于其陡度超過了干涉儀的測量范圍而無法獲得干涉條紋，但可通過干涉儀軟件中的Calibration (標度)功能測得工件邊界處數(shù)據(jù)丟失的寬度，這里設(shè)為I ;所述步驟一(3)中利用輪廓儀獲得工件邊界上的材料去除深度值，如圖1所示，邊界點的掃描個數(shù)由去除函數(shù)的尺寸決定，為了差值準確，掃描點的間隔需要小于去除函數(shù)邊界長度的四分之一；所述步驟二(I)中工件邊界上的材料去除深度分布曲線如圖1中所示A ;所述步驟二⑵中通過差值恢復的去除函數(shù)的數(shù)據(jù)點如圖2中所示a，XZ坐標系下所示完整的去除函數(shù)示意圖如圖3所示。本實施方式的有益效果:本實施方式避免了為獲取氣囊拋光工件邊緣區(qū)域去除函數(shù)而計算工件邊緣區(qū)域壓強分布的復雜過程。本發(fā)明能通過干涉儀與輪廓儀的測量數(shù)據(jù)快速獲得工件邊緣區(qū)域的去除函數(shù)。在三維與二維數(shù)據(jù)的縫接過程中避免了“去傾斜”等數(shù)據(jù)處理，該方法操作簡單、精度高。這種獲取邊緣區(qū)域去除函數(shù)的方法同樣適合于其它拋光技術(shù)。
權(quán)利要求
1.超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法，其特征在于超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法按以下步驟實現(xiàn): 一、對工件進行加工與測量 (1)在工件邊緣定點拋光，生成工件邊緣去除函數(shù)； (2)利用干涉儀對工件邊緣去除函數(shù)進行測量，得到三維測量數(shù)據(jù)； (3)利用輪廓儀對工件邊緣去除函數(shù)進行橫向掃描測量，得到工件邊界上的材料去除深度，即二維測量數(shù)據(jù)； 二、二維與三維測量數(shù)據(jù)的縫接 (1)通過對步驟一(3)中工件邊界上的材料去除深度進行差值運算，得到工件邊界上的材料去除深度分布曲線； (2)通過對步驟一(2)中的三維測量數(shù)據(jù)與步驟二中(I)中工件邊界上的材料去除分布曲線的數(shù)據(jù)進行差值運算，實現(xiàn)工件邊緣去除函數(shù)丟失數(shù)據(jù)的恢復，獲得完整的工件邊緣的材料去除函數(shù),即完成了超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法，其特征在于步驟一(2)中所述干涉儀為Zygo、Wygo或4D激光干涉儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法，其特征在于步驟一(3)中所述輪廓儀為Form Talysurf通用輪廓儀。
全文摘要
超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法，本發(fā)明涉及一種針對氣囊拋光技術(shù)獲取工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。本發(fā)明是要解決目前方法無法通過實驗測量或仿真的方法獲得氣囊拋光工件邊緣區(qū)域去除函數(shù)的問題，而提供了超精密氣囊拋光技術(shù)中工件邊緣去除函數(shù)的測量方法。一、對工件進行加工與測量；二、二維與三維測量數(shù)據(jù)的縫接。本發(fā)明應用于邊緣去除函數(shù)領(lǐng)域。
文檔編號B24B49/16GK103213068SQ20131009273
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者李洪玉, 汪洪源, 張偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學