[发明专利]与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统和方法

说明书

本发明提供了一种与微结构超精密加工同步的在线检测修复方法，包括如下步骤：S1、基于加工过程中力传感器反馈的切削力信号和位移传感器反馈的位移信号形成切削力图谱；S2、基于所述切削力图谱中的异常信号辨识微结构缺陷产生的区域位置；S3、在测量模式下使用刀具对所述微结构缺陷产生的区域位置进行扫描，得到微结构缺陷的形状特征；S4、在加工模式下使用刀具根据设定的轨迹对所述微结构缺陷所在的区域重新进行切削加工，以保证整体微结构形状的一致性。该方法能够在加工过程中对微缺陷进行在线检测，实时检测微缺陷的位置和形貌，进而进行修复。

技术领域

本发明涉及精密机械加工技术领域，具体涉及一种与微结构超精密加工同步的在线检测与修复方法。

背景技术

随着超精密领域的发展和产业需求，大型超精密器件的尺寸不断向极端化发展。而批量制造大型超精密器件的有效手段是利用模具进行压印，因此大型超精密器件模具的制造至关重要。基于单点金刚石切削的机械加工方式是制造大型超精密器件模具的有力手段，而快速刀具伺服机构是近年来发展较快的基于单点金刚石切削的机械加工方式。

虽然快速刀具伺服技术发展较快，能实现较高的定位精度和加工精度，但是由于受到热、化学因素以及加工参数的不合理设置等的影响，仍无法避免在加工过程当中产生表面微缺陷，如裂纹、洞隙、毛刺等，在加工硬脆材料的过程中体现尤其明显。于此同时，大型超精密表面微结构模具的加工耗时长，体量大，虽然加工完也能对已加工结构进行微缺陷检测，但耗时的的检测过程无疑大大降低了成品的出产效率，更为关键的是，即使在加工完成之后通过测量仪器检测出微缺陷的存在，由于检测仪器与加工仪器坐标的相互独立难以标定，很难反馈到加工仪器进行修复补偿。

与此同时，微缺陷的检测、修复问题除了在大型超精密模具的加工中突出以外，在光刻掩膜板的制作过程中同样显著。而光刻掩膜板的解决方法是，通过调低电子束的能量，直接利用电子束对进行表面微缺陷进行检测；检测完成以后，调高电子束能量，对微缺陷所在位置进行修复再加工。简而言之，光刻掩膜板的检测、修复手段是通过使用集加工-测量于一体的电子束仪器，能同时实现微缺陷的检测和修复，克服了检测仪器与加工仪器相互独立而引起的坐标难以标定问题，有效地对微缺陷进行检测并修复。

现有大型超精密模具的加工中检测微缺陷的方案有激光散射法、光学干涉测量、扫描探针显微镜、共焦显微镜等。

上述现有技术中，部分方法可以与机床加工系统结合，进行原位测量，克服加工仪器与测量仪器相互独立而引起的坐标难以标定问题，但是由于受视场限制和光学衍射极限的影响，都难以直接应用于大型超精密器件的检测；于此同时，这些方案都是加工完再进行检测，耗时长，效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在加工过程中对微缺陷进行在线检测，实时检测微缺陷的位置和形貌，进而进行修复的与微结构超精密加工同步的在线检测与修复方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种与微结构超精密加工同步的在线检测修复系统，包括：

刀具架，其配置有金刚石刀具；

纵向快速刀具伺服，用于驱动刀具架在纵向位移，其包括第一压电陶瓷驱动器、第一电容式位移传感器和第一力传感器；

横向快速刀具伺服，用于驱动刀具架在横向位移，其包括第二压电陶瓷驱动器、第二电容式位移传感器和第二力传感器；

以及控制模组，其包括分别耦接所述第一电容式位移传感器和第二电容式位移传感器的加工模式反馈控制器组，和分别耦接所述第一力传感器和第二力传感器的测量模式反馈控制器组；还包括选择开关，所述第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器经所述选择开关耦接所述加工模式反馈控制器组或测量模式反馈控制器组。