本發(fā)明屬于離子束加工領(lǐng)域，具體涉及一種離子束加工工件的誤差補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
目前，離子束加工技術(shù)的基本原理是利用離子濺射原理，將寬束低能離子源發(fā)出的具有高斯形狀的離子束轟擊被加工零件表面，轟擊過程中，當(dāng)工件表面原子獲得足夠的能量可以擺脫表面束縛能時(shí)，就會脫離工件表面。
在離子束拋光或離子束刻蝕過程中，離子源中氣體通過電離產(chǎn)生等離子體，離子源和離子束溫度都很高，在離子束不斷轟擊工件表面時(shí)，工件材料受離子束的熱沖擊作用，溫度不斷升高。根據(jù)材料力學(xué)和材料強(qiáng)度學(xué)可知，材料溫度的升高，材料本身的強(qiáng)度特性和晶格間位錯(cuò)能發(fā)生改變，從而材料的破壞去除能量發(fā)生變化，從而引起材料去除率的變化，這種由溫度變化造成的去除率變化會帶來加工誤差，從而影響加工精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠去除離子束加工過程中溫度變化對加工工件加工精度的影響的離子束加工工件的誤差補(bǔ)償方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是：一種離子束加工工件的誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟；
1）選取加工工件樣本，測量加工工件樣本的面形圖，獲取加工工件樣本的第一面形數(shù)據(jù)；
2）將加工工件樣本在離子束加工設(shè)備中加工；
3）對加工后的加工工件樣本進(jìn)行測量，獲取加工后的加工工件樣本的第二面形數(shù)據(jù)；
4）將第二面形數(shù)據(jù)與第一面形數(shù)據(jù)相減獲得面形去除數(shù)據(jù)，將面形去除數(shù)據(jù)與離子束的掃描時(shí)間進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)系擬合獲得加工工件樣本材料去除誤差與掃描時(shí)間的去除誤差關(guān)系函數(shù)；
5）對加工工件進(jìn)行測量獲取加工工件的加工面形數(shù)據(jù)；
6）根據(jù)加工面形數(shù)據(jù)計(jì)算規(guī)劃離子束在掃描軌跡中的駐留時(shí)間數(shù)據(jù)；
7）通過去除誤差關(guān)系函數(shù)對加工工件的駐留時(shí)間補(bǔ)償修正獲得補(bǔ)償后的加工駐留時(shí)間修正數(shù)據(jù)；
8）將加工駐留時(shí)間修正數(shù)據(jù)導(dǎo)入離子束加工設(shè)備中進(jìn)行加工工件的加工處理。
具體的，所述加工工件樣本與加工工件的材質(zhì)相同。
具體的，步驟1）、3）和5）中是采用激光干涉儀進(jìn)行面形圖的測量并獲得第一面形數(shù)據(jù)、第二面形數(shù)據(jù)和加工面形數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步的，步驟2）中包括以下過程：
2.1）對加工工件樣本規(guī)劃離子束掃描軌跡和掃描時(shí)間，在離子束加工設(shè)備中生成掃描代碼；
2.2）對加工工件樣本進(jìn)行離子束掃描；
2.3）離子束掃描完成后，從離子束加工設(shè)備中取出，恒溫、冷卻。
具體的，步驟2.1）中按光柵軌跡掃描方式在加工工件樣本上規(guī)劃形成掃描軌跡。掃描軌跡包括多個(gè)掃描軌跡點(diǎn)，所述掃描代碼中包括掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)；
步驟2.2）中離子束掃描是按掃描軌跡S對加工工件樣本進(jìn)行勻速遍歷掃描，離子束從掃描軌跡的首端的掃描軌跡點(diǎn)開始直至末端的掃描軌跡點(diǎn)結(jié)束。
具體的，步驟4）中，面形去除數(shù)據(jù)包含掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)和掃描軌跡點(diǎn)的去除量誤差，掃描軌跡點(diǎn)的去除量誤差按掃描軌跡的順序形成去除量誤差的一維矩陣R，
R=[r1,r2,…,rm]，
離子束的掃描時(shí)間按掃描軌跡的順序形成掃描時(shí)間一維矩陣T，
T=[t1,t2,…,tm]，
其中，t1=0，tm為掃描路徑的線性長度除以掃描速度，
對去除量誤差的一維矩陣R和描時(shí)間一維矩陣T 采用數(shù)學(xué)關(guān)系擬合的方式，獲得加工工件樣本材料去除誤差與掃描時(shí)間的去除誤差關(guān)系函數(shù)。
具體的，步驟6）中按照離子束的掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)形成駐留時(shí)間函數(shù)關(guān)系式為：
，
其中，（x,y）為掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)，D為駐留時(shí)間，Z為加工面形數(shù)據(jù)，Rel為去除函數(shù)矩陣。
進(jìn)一步的，步驟7）中，根據(jù)離子束掃描軌跡點(diǎn)與駐留時(shí)間形成駐留時(shí)間的一維矩陣D，D=[1,2,…,i，…]，其中i為掃描軌跡中的第i點(diǎn)；
通過去除誤差關(guān)系函數(shù)形成的補(bǔ)償修正后的駐留時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式為：
其中Doffset（i）為補(bǔ)償修正后的駐留時(shí)間，D（i）為規(guī)劃的駐留時(shí)間，為去除誤差關(guān)系函數(shù)。
本發(fā)明的范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時(shí)也應(yīng)涵蓋由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的（但不限于）具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案等。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明通過提取離子束加工時(shí)間對材料去除率的影響關(guān)系，形成去除誤差關(guān)系函數(shù)，通過去除誤差關(guān)系函數(shù)修正補(bǔ)償離子束掃描軌跡中各掃描軌跡點(diǎn)的駐留時(shí)間，進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)工件溫度變化造成的誤差補(bǔ)償，有效提高了離子束加工的精度；同時(shí)無需在實(shí)際加工過程中對加工工件中的掃描軌跡點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測，方法更加簡單、經(jīng)濟(jì)和有效。
附圖說明
圖1為離子束掃描加工工件樣本的掃描軌跡示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的一種離子束加工工件的誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟；
1）選取與加工工件材質(zhì)相同的加工工件樣本，采用激光干涉儀進(jìn)行測量加工工件樣本的面形圖，獲取加工工件樣本的第一面形數(shù)據(jù)M1。本實(shí)施例中，采用Φ100mm口徑的石英元件作為加工工件樣本。
2）將加工工件樣本在離子束加工設(shè)備中加工，具體包括：
2.1）把加工工件樣本裝入離子束加工設(shè)備中，對離子束加工設(shè)備進(jìn)行調(diào)試操作直至處于可加工狀態(tài)；
2.2）對加工工件樣本規(guī)劃離子束掃描軌跡和掃描時(shí)間，在離子束加工設(shè)備中生成掃描代碼。本實(shí)施例中，按光柵軌跡掃描方式在加工工件樣本上規(guī)劃形成掃描軌跡S，掃描軌跡S如圖1所示。掃描軌跡S包括多個(gè)掃描軌跡點(diǎn)A，所述掃描代碼中包括掃描軌跡點(diǎn)A的二維坐標(biāo)；
2.3）對加工工件樣本進(jìn)行離子束掃描，本實(shí)施例中，離子束掃描是按掃描軌跡對加工工件樣本進(jìn)行勻速遍歷掃描，離子束從掃描軌跡的首端的掃描軌跡點(diǎn)開始直至末端的掃描軌跡點(diǎn)結(jié)束，掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)為（xi，yi）。
2.4）離子束掃描完成后，從離子束加工設(shè)備中取出，恒溫、冷卻。
3）對加工后的加工工件樣本采用激光干涉儀進(jìn)行進(jìn)行測量，獲取加工后的加工工件樣本的第二面形數(shù)據(jù)M2；
4）將第二面形數(shù)據(jù)M2與第一面形數(shù)據(jù)M1相減獲得面形去除誤差數(shù)據(jù)，將面形去除誤差數(shù)據(jù)與離子束的掃描時(shí)間進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)系擬合獲得加工工件樣本材料去除誤差與掃描時(shí)間的去除誤差關(guān)系函數(shù)。面形去除誤差數(shù)據(jù)包含掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)（xi，yi）和掃描軌跡點(diǎn)的去除量誤差，掃描軌跡點(diǎn)的去除量誤差按掃描軌跡的順序形成去除量誤差的一維矩陣R，
R=[r1,r2,…,rm]，
離子束的掃描時(shí)間按掃描軌跡的順序形成掃描時(shí)間一維矩陣T，T=[t1,t2,…,tm]，其中，t1=0，tm為掃描路徑的線性長度除以掃描速度，
對去除量誤差的一維矩陣R和描時(shí)間一維矩陣T 采用數(shù)學(xué)關(guān)系擬合的方式，獲得加工工件樣本材料去除與掃描時(shí)間的去除誤差關(guān)系函數(shù)：
。
5）對加工工件采用激光干涉儀進(jìn)行進(jìn)行測量獲取加工工件的加工面形數(shù)據(jù)Z；
6）根據(jù)加工面形數(shù)據(jù)計(jì)算規(guī)劃離子束在掃描軌跡中的駐留時(shí)間數(shù)據(jù)。具體的，按照離子束的掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)形成駐留時(shí)間函數(shù)關(guān)系式為：，
其中，（x,y）掃描軌跡點(diǎn)的二維坐標(biāo)，D為駐留時(shí)間，Z為加工面形數(shù)據(jù)，Rel為去除函數(shù)矩陣。
7）通過去除誤差關(guān)系函數(shù)對加工工件的駐留時(shí)間補(bǔ)償修正獲得補(bǔ)償后的加工駐留時(shí)間修正數(shù)據(jù)。具體的，根據(jù)離子束掃描軌跡點(diǎn)與駐留時(shí)間形成駐留時(shí)間的一維矩陣D，D=[1,2,…,i，…]，其中i為掃描軌跡中的第i點(diǎn)；
通過去除誤差關(guān)系函數(shù)形成的補(bǔ)償修正后的駐留時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式為：
其中Doffset（i）為補(bǔ)償修正后的駐留時(shí)間，D（i）為規(guī)劃的駐留時(shí)間，為去除誤差關(guān)系函數(shù)。
8）將加工駐留時(shí)間修正數(shù)據(jù)導(dǎo)入離子束加工設(shè)備中進(jìn)行加工工件的加工處理。
本發(fā)明通過提取離子束加工時(shí)間對材料去除率的影響關(guān)系，形成去除誤差關(guān)系函數(shù)，通過去除誤差關(guān)系函數(shù)修正補(bǔ)償離子束掃描軌跡中各掃描軌跡點(diǎn)的駐留時(shí)間，進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)工件溫度變化造成的誤差補(bǔ)償，有效提高了離子束加工的精度；同時(shí)無需在實(shí)際加工過程中對加工工件中的掃描軌跡點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測，方法更加簡單、經(jīng)濟(jì)和有效。
如上所述，我們完全按照本發(fā)明的宗旨進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施例和實(shí)施方法。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的從業(yè)者可在本發(fā)明的技術(shù)思想許可的范圍內(nèi)進(jìn)行不同的變化及實(shí)施。