微結(jié)構(gòu)陣列超精密加工過程中的形貌測量與誤差分析.pdf

1、運(yùn)用金剛石刀具的超精密車削機(jī)床具有極高的定位精度與較多的自由度，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)陣列的高精度、超光滑加工，在航空航天、半導(dǎo)體制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。盡管超精密金剛石切削技術(shù)的加工精度受到機(jī)床定位精度的保障，但實(shí)際加工過程往往時間跨度較大，難免由于刀具磨損等不可避免的因素而導(dǎo)致加工誤差。因此，針對加工面形高精度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的誤差補(bǔ)償，對于加工出大面積高精度微結(jié)構(gòu)陣列元件至關(guān)重要。盡管目前具備高精度測量能力的面形檢測手段種類繁多，但其中

2、大部分工作在離線測量模式，這種模式下的測量易引入工件二次裝夾誤差，且影響加工效率。本文開發(fā)了基于掃描探針測量原理的在位檢測系統(tǒng)獲取加工面形測量數(shù)據(jù);提出了基于高斯曲率特征點(diǎn)加權(quán)評估的面形匹配算法，并據(jù)此建立了加工面形測量結(jié)果與設(shè)計面形的誤差評定機(jī)制。分別針對平面復(fù)眼與球面復(fù)眼，設(shè)計并完成了面向面形加工過程的在線測量實(shí)驗，定量分析了加工誤差的空間分布余量，并探討了相應(yīng)的誤差補(bǔ)償測量。論文基于掃描探針顯微鏡(Scanning Probe M

3、icroscope,SPM)設(shè)計并開發(fā)了面向微結(jié)構(gòu)陣列加工過程的在位測量系統(tǒng)，提出了相應(yīng)的在位螺旋測量的對中方案;提出了一種高斯曲率特征點(diǎn)的提取方法，并利用所提取的特征點(diǎn)分布信息實(shí)現(xiàn)了測量面形與設(shè)計面形的快速匹配;針對平面復(fù)眼和球面復(fù)眼結(jié)構(gòu)，設(shè)計完成了在位測量實(shí)驗，并結(jié)合測量結(jié)果對超精密機(jī)床的加工效果進(jìn)行了評估。通過在位測量系統(tǒng)研發(fā)以及在位測量匹配算法研究，為實(shí)現(xiàn)“設(shè)計-加工-測量”一體化流程提供參考，推動微結(jié)構(gòu)陣列超精密加工技術(shù)的發(fā)展