全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種全口徑平面拋光中檢測(cè)精度高的拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法。全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：1）確定移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差；2）結(jié)合拋光盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)塊的直線運(yùn)動(dòng)測(cè)得拋光盤表面沿螺旋線分布的檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高度；3）檢測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理；4）根據(jù)已檢測(cè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)通過插值方法得到拋光盤二維表面均勻離散各點(diǎn)的高度值，去傾斜處理后得到拋光盤表面的三維輪廓。本發(fā)明方法能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)拋光盤表面的三維輪廓，并能夠在具有直線移動(dòng)導(dǎo)軌的拋光機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單方便且精度較高。
【專利說明】全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)加工領(lǐng)域，尤其涉及全口徑平面拋光范疇中基于浙青盤的環(huán)形拋光和基于聚氨酯盤的平面快速拋光中拋光盤表面三維輪廓的檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)元件加工中，全口徑平面拋光主要分為基于浙青盤的環(huán)形拋光和基于聚氨酯盤的平面快速拋光。傳統(tǒng)全口徑拋光主要采用浙青作為拋光盤材料，為了改善浙青盤的流動(dòng)性和工件表面拋光軌跡密度分布的均勻性，浙青盤一般制備成圓環(huán)形，并將元件放在環(huán)帶上進(jìn)行拋光，即所謂的環(huán)拋技術(shù)。數(shù)十年來，環(huán)形拋光的質(zhì)量控制，特別是元件面形誤差的修正，主要依賴于工人長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，加工遵循著機(jī)床參數(shù)設(shè)置、元件加工、面形檢測(cè)、根據(jù)面形誤差重新設(shè)定機(jī)床參數(shù)的循環(huán)過程，直到面形精度滿足要求。這種基于加工結(jié)果反饋的工藝控制，大大延長(zhǎng)了環(huán)拋的加工周期，降低了生產(chǎn)效率。目前，環(huán)形拋光修正元件面形誤差，主要通過調(diào)整校正盤在浙青盤上的徑向位置來實(shí)現(xiàn)。一般來說，外推校正盤會(huì)使元件面形往凹面變化，而內(nèi)推校正盤則使元件面形往凸面變化?；谶@一原理即可根據(jù)元件的檢測(cè)面形來調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行加工。由于環(huán)形拋光的材料去除效率較低，因此近年來，基于聚氨酯盤的平面快速拋光技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。聚氨酯拋光起源于IBM公司基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在1983年針對(duì)半導(dǎo)體硅片加工提出的CMP技術(shù)。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)的 Berggren、Schmell 等人是最早將聚氨酯墊應(yīng)用于光學(xué)加工的研究者之一。由于聚氨酯墊具有較高的強(qiáng)度和良好的耐磨性，使得拋光過程能夠在高速高壓條件下進(jìn)行，從而大大提高了全口徑拋光的材料去除效率。
[0003]無論是基于浙青盤的環(huán)形拋光還是基于聚氨酯盤的平面快速拋光中，拋光盤的表面形狀對(duì)于元件的面形誤差均具有決定性的影響，如果能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)盤面的形狀，就能實(shí)時(shí)通過調(diào)整工藝參數(shù)或者進(jìn)行修整工藝來改善盤面的形狀，從而大大減少了加工循環(huán)次數(shù)，這對(duì)于提高加工效率具有重要的意義。目前，美國(guó)Zygo公司主要針對(duì)浙青盤提出了基于被檢物貼合于盤面的輪廓檢測(cè)方法，其采用工裝夾具帶動(dòng)被檢物沿盤面半徑方向運(yùn)動(dòng)，結(jié)合盤面自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過檢測(cè)被檢物的高度來獲得盤面的輪廓。這種檢測(cè)方法的不足之處是要求檢測(cè)過程中被檢物與盤面貼合良好，兩者之間不能存在間隙或者間隙在檢測(cè)過程中保持恒定，這對(duì)于拋光盤旋轉(zhuǎn)、被檢物直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程以及拋光液存在于盤面的條件下，實(shí)現(xiàn)難度較大，檢測(cè)精度難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全口徑平面拋光中檢測(cè)精度高的拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟:[0006]I)確定移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差:將位移傳感器的探測(cè)頭固定于移動(dòng)塊上，在拋光盤中心區(qū)域放置可調(diào)平臺(tái)，將標(biāo)準(zhǔn)鏡放在可調(diào)平臺(tái)上，然后將探測(cè)頭的檢測(cè)點(diǎn)調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)鏡表面，開啟移動(dòng)塊沿導(dǎo)軌的勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)位移傳感器記錄探測(cè)頭的高度數(shù)據(jù)并輸出至計(jì)算機(jī)，得到導(dǎo)軌相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏡的距離，即移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差f (X);
[0007]2)結(jié)合拋光盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)塊的直線運(yùn)動(dòng)測(cè)得拋光盤表面沿螺旋線分布的檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高度:將探測(cè)頭的檢測(cè)點(diǎn)調(diào)至拋光盤盤面上，開啟拋光盤及移動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)位移傳感器記錄探測(cè)頭的高度數(shù)據(jù)并輸出至計(jì)算機(jī)，得到拋光盤盤面沿螺旋線分布的檢測(cè)點(diǎn)處的高度h(t)；
[0008]3)檢測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理:對(duì)于突變和偏差較大的檢測(cè)值，采用通過插值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)將其取代，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行勻滑處理，并減去步驟I)得到的移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差，得到沿螺旋線路徑檢測(cè)盤面輪廓時(shí)檢測(cè)點(diǎn)高度隨檢測(cè)時(shí)間的變化數(shù)據(jù)；
[0009]4)根據(jù)已檢測(cè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)通過插值方法得到拋光盤二維表面均勻離散各點(diǎn)的高度值:以拋光盤旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，原點(diǎn)與初始檢測(cè)點(diǎn)連線為X軸正方向，建立直角坐標(biāo)系，可得到各檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及其高度值:
【權(quán)利要求】
1.全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)確定移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差:將位移傳感器的探測(cè)頭固定于移動(dòng)塊上，在拋光盤中心區(qū)域放置可調(diào)平臺(tái)，將標(biāo)準(zhǔn)鏡放在可調(diào)平臺(tái)上，然后將探測(cè)頭的檢測(cè)點(diǎn)調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)鏡表面，開啟移動(dòng)塊沿導(dǎo)軌的勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)位移傳感器記錄探測(cè)頭的高度數(shù)據(jù)并輸出至計(jì)算機(jī)，得到導(dǎo)軌相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏡的距離，即移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差f (X)； 2)結(jié)合拋光盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)塊的直線運(yùn)動(dòng)測(cè)得拋光盤表面沿螺旋線分布的檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高度:將探測(cè)頭的檢測(cè)點(diǎn)調(diào)至拋光盤盤面上，開啟拋光盤及移動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)位移傳感器記錄探測(cè)頭的高度數(shù)據(jù)并輸出至計(jì)算機(jī)，得到拋光盤盤面沿螺旋線分布的檢測(cè)點(diǎn)處的高度h(t)； 3)檢測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理:對(duì)于突變和偏差較大的檢測(cè)值，采用通過插值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)將其取代，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行勻滑處理，并減去步驟I)得到的移動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差，得到沿螺旋線路徑檢測(cè)盤面輪廓時(shí)檢測(cè)點(diǎn)高度隨檢測(cè)時(shí)間的變化數(shù)據(jù)； 4)根據(jù)已檢測(cè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)通過插值方法得到拋光盤二維表面均勻離散各點(diǎn)的高度值:以拋光盤旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，原點(diǎn)與初始檢測(cè)點(diǎn)連線為X軸正方向，建立直角坐標(biāo)系，可得到各檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及其高度值:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)鏡的面形誤差PV值小于lum。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟I)所述將標(biāo)準(zhǔn)鏡放在可調(diào)節(jié)平臺(tái)上后，先通過可調(diào)平臺(tái)將標(biāo)準(zhǔn)鏡隨拋光盤旋轉(zhuǎn)的端跳調(diào)至小于lum。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3)所述勻滑處理的周期為5-100mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全口徑平面拋光中拋光盤表面形狀的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟4)所述插值方法為以三角形為基礎(chǔ)的線性內(nèi)插或三次方程內(nèi)插。
【文檔編號(hào)】G01B21/20GK103978430SQ201410215860
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】廖德鋒, 謝瑞清, 趙世杰, 陳賢華, 王健, 許喬, 鐘波, 袁志剛, 鄧文輝, 唐才學(xué), 徐曦, 周煉 申請(qǐng)人:成都精密光學(xué)工程研究中心