基于研磨拋光工件多自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密與超精密加工領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種基于研磨拋光盤多自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和光學(xué)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，需要硅片表面和光學(xué)鏡面等精密工件表面絕對平整，上下表面絕對平行，沒有凸起和平整度差等缺陷。因目前加工技術(shù)的限制，用來加工精密工件的復(fù)合彈性分級研拋盤表面不可能絕對平整，上下表面不可能絕對平行。復(fù)合彈性分級研拋盤是一種以柔性材料作為基體的研拋盤，集研磨與拋光與一體，然而由于研拋盤整體為彈性體，在通過常用的修面機(jī)對研拋盤表面進(jìn)行修整的時(shí)候，無法達(dá)到普通研磨盤的表面平行度，不同的部位高度差距較大，這樣的研拋盤加工工件表面質(zhì)量難以提高，同時(shí)也難以準(zhǔn)確預(yù)測材料的去除量。另外，由于工件本身切片時(shí)上下表面可能存在平行度的差異，普通的機(jī)械化學(xué)拋光通過在工件上放置一定質(zhì)量的重物的方法，工件各處材料去除量相等，研拋過后工件本身存在的平行度差異并無改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決工件本身上下表面不平行和復(fù)合彈性研拋盤修盤之后表面平面度較差的問題，本發(fā)明提出一種基于研磨拋光工件多自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整方法，具有有效改善工件上下表面平行度，實(shí)時(shí)調(diào)整工件空間位姿，保證工件加工時(shí)接觸壓力保持恒定，從而得到表面光滑無損傷且形面精度好的工件。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:基于研磨拋光工件多自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整方法，包括以下步驟:
[0005]I)提供工件，并對工件進(jìn)行上下表面平行度的測量，將工件固定在高精度三維壓力傳感器前端的工件固定平臺上；
[0006]2)提供復(fù)合彈性分級拋光盤，通過修面工具對分級拋光盤上表面進(jìn)行修整；
[0007]3)通過圖像采集分析系統(tǒng)對分級拋光盤表面進(jìn)行圖像采集并產(chǎn)生分級拋光盤表面三維形貌數(shù)據(jù)，同時(shí)通過固定姿態(tài)的工件與旋轉(zhuǎn)的分級拋光盤接觸，通過高精度三維壓力傳感器系統(tǒng)采集工件受到的力，并利用該力反求出分級拋光盤表面的形貌特征；
[0008]4)綜合圖像采集分析系統(tǒng)和高精度三維壓力傳感器系統(tǒng)得到的分級拋光盤的表面形貌數(shù)據(jù)，規(guī)劃工件加工時(shí)的位姿，生成工件位姿變換數(shù)據(jù)；
[0009]5)根據(jù)生成的工件位姿變換數(shù)據(jù)，通過工件空間位姿控制執(zhí)行系統(tǒng)控制工件加工時(shí)的位置和姿態(tài)；工件加工時(shí)繼續(xù)通過高精度三維壓力傳感器系統(tǒng)檢測工件受力情況，并實(shí)時(shí)修正工件位姿變換信息。
[0010]進(jìn)一步的，所述工件空間位姿控制執(zhí)行系統(tǒng)包括控制工件空間位置的位置控制系統(tǒng)和控制工件空間姿態(tài)的姿態(tài)控制系統(tǒng)。所述的位置控制系統(tǒng)分別包括x、y、z方向的伺服電機(jī)、滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌，所述姿態(tài)控制系統(tǒng)包括六個(gè)用于控制工件沿X、y、z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓缸。
[0011]進(jìn)一步的，所述分級拋光盤由磨料層、粘結(jié)層和彈性基體層組成，磨料層沿徑向從外往內(nèi)由粗磨圈、細(xì)磨圈、精磨圈和拋光圈組成，不同加工圈采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，以分別適用于粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光加工。
[0012]進(jìn)一步的，所述圖像采集分析系統(tǒng)包括多個(gè)攝像頭和圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)多個(gè)攝像頭采集分級拋光盤表面形貌照片，經(jīng)過圖像處理系統(tǒng)的分析可得到分級拋光盤的三維相貌，生成其表面形貌的相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0013]進(jìn)一步的，所述高精度三維壓力傳感器系統(tǒng)包括高精度三維壓力傳感器和處理系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)采集工件受到的沿X、1、Z方向的力和沿X、1、z軸的扭矩。
[0014]進(jìn)一步的，該自適應(yīng)調(diào)整方法使用的基于研磨拋光工件多自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)包括分級拋光盤裝置，用于實(shí)現(xiàn)分級拋光盤的固定和轉(zhuǎn)動(dòng)；拋光盤表面軌跡攝像裝置，用于采集分級拋光盤表面的形狀軌跡；工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置，用于對工件的空間位姿進(jìn)行調(diào)整以便工件更好的與拋光盤表面貼合；左右方向調(diào)整裝置，用于固定拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置并帶動(dòng)拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置左右移動(dòng)；前后方向調(diào)整裝置，用于帶動(dòng)左右方向調(diào)整裝置、拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置前后移動(dòng)；上下方向調(diào)整裝置，用于帶動(dòng)前后方向調(diào)整裝置、左右方向調(diào)整裝置、拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置上下移動(dòng)；支撐裝置，用于支撐上述所有部件；所述工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置包括位姿調(diào)整頂部固定板、位姿調(diào)整底部固定板、六個(gè)高精度調(diào)整液壓缸和高精度三維壓力傳感器，高精度三維壓力傳感器和拋光工件固定在所述位姿調(diào)整底部固定板的底部，六個(gè)高精度調(diào)整液壓缸均同向設(shè)置且六個(gè)高精度調(diào)整液壓缸的上下兩端分別通過萬向鉸鏈鉸接在位姿調(diào)整頂部固定板和位姿調(diào)整底部固定板上；所述位姿調(diào)整頂部固定板的上端連接左右方向調(diào)整裝置；所述支撐裝置包括整體機(jī)構(gòu)底部支撐板、整體機(jī)構(gòu)豎直梁、整體機(jī)構(gòu)中部支撐板、整體機(jī)構(gòu)豎直支撐板和整體機(jī)構(gòu)頂部支撐板，所述整體機(jī)構(gòu)豎直梁的上下兩端分別與整體機(jī)構(gòu)中部支撐板和整體機(jī)構(gòu)底部支撐板固定連接，所述整體機(jī)構(gòu)豎直支撐板的上下兩端分別與整體機(jī)構(gòu)頂部支撐板和整體機(jī)構(gòu)中部支撐板固定連接；所述左右方向調(diào)整裝置包括第一側(cè)面固定板、第一中間支撐板、第一滾珠絲杠、第一絲杠螺母、第一絲杠支撐端軸承座、第一絲杠固定端軸承座、第一伺服電機(jī)、第一聯(lián)軸器、第一伺服電機(jī)支撐架、第一直線導(dǎo)軌、第一拖動(dòng)塊和第一滑塊，所述第一滾珠絲杠通過第一絲杠支撐端軸承座、第一絲杠固定端軸承座支撐在所述第一中間支撐板上，所述第一滾珠絲杠的一端通過第一聯(lián)軸器連接第一伺服電機(jī)，所述第一伺服電機(jī)通過第一伺服電機(jī)支撐架固定在第一中間支撐板上；所述第一直線導(dǎo)軌固定在所述第一中間支撐板上的底面上，所述第一滑塊套裝在第一直線導(dǎo)軌上；所述第一拖動(dòng)塊一端與套裝在第一滾珠絲杠上的第一絲杠螺母固定連接，另一端與拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置固定連接；所述第一中間支撐板的左右兩側(cè)固定有支撐所述第一中間支撐板的第一側(cè)面固定板；所述第一伺服電機(jī)通過第一聯(lián)軸器帶動(dòng)第一滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第一絲杠螺母左右移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)拋光盤表面軌跡攝像裝置和工件位姿自適應(yīng)調(diào)整裝置左右移動(dòng)；所述前后方向調(diào)整裝置包括第二側(cè)面固定板、第二中間支撐板、第二滾珠絲杠、第二絲杠螺母、第二絲杠支撐端軸承座、第二絲杠固定端軸承座、第二伺服電機(jī)、第二聯(lián)軸器、第二伺服電機(jī)支撐架、第二直線導(dǎo)軌、第二滑塊和第二拖動(dòng)塊；所述第二滾珠絲杠通過第二絲杠支撐端軸承座、第二絲杠固定端軸承座支撐在所述第二中間支撐板上，所述第二滾珠絲杠的一端通過第二聯(lián)軸器連接第二伺服電機(jī)，所述第二伺服電機(jī)通過第二伺服電機(jī)支撐架固定在第二中間支撐板上；所述第二中間支撐板的兩側(cè)固定有支撐所述第二中間支撐板的第二側(cè)面固定板，所述第二直線導(dǎo)軌固定在第二側(cè)面固定板上，所述第二滑塊套裝在所述第二直線導(dǎo)軌上，所述第二滑塊與左右方向調(diào)整裝置固定連接；所述第二絲杠螺母套裝在所述第二滾珠絲杠上且第二絲杠螺母與第二拖動(dòng)塊固定連接，第二拖動(dòng)塊與左右方向調(diào)整裝置固定連接；第二伺服電機(jī)通過第二聯(lián)軸器帶動(dòng)第二滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第二絲杠螺母前后移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)第二拖動(dòng)塊和左右方向調(diào)整裝置沿著第二直線導(dǎo)軌前后移動(dòng)；所述上下方向調(diào)整裝置包括第三滾珠絲杠、第三絲杠螺母、第三絲杠支撐端軸承座、第三絲杠固定端軸承座、第三伺服電機(jī)、第三伺服電機(jī)支撐架、第三直線導(dǎo)軌、第三滑塊、第三拖動(dòng)塊、同步帶張緊輪、高扭矩從動(dòng)同步帶輪、同步帶張緊輪固定軸、高扭矩主動(dòng)同步帶輪和同步帶，所述第三滾珠絲杠通過第三絲杠支撐端軸承座、第三絲杠固定端軸承座豎直支撐在所述整體機(jī)構(gòu)豎直支撐板的一側(cè)上，所述整體機(jī)構(gòu)豎直支撐板的另一側(cè)上固定與所述第三滾珠絲杠平行設(shè)置的第三直線導(dǎo)軌，所述第三滾珠絲杠的上端固定有高扭矩從動(dòng)同步帶輪，所述第三伺服電機(jī)通過第三伺服電機(jī)支撐架固定在所述整體機(jī)構(gòu)頂部支撐板的上端，所述第三伺服電機(jī)的前端固定高扭矩主動(dòng)同步帶輪，所述整體機(jī)構(gòu)頂部支撐板的上端還固定有同步帶張緊輪固定軸，同步帶張緊輪固定在所述同步帶張緊輪固定軸上，所述同步帶張緊輪、高扭矩從動(dòng)同步帶輪和高扭矩主動(dòng)同步帶輪通過同步帶連接；所述第三絲杠螺母套裝在所述第三滾珠絲杠上，第三拖動(dòng)塊的一端與所述第三絲杠螺母固定連接，第三拖動(dòng)塊的另一端與前后方向調(diào)整裝置固定連接，所述第三滑塊套裝在第三直線導(dǎo)軌上且與所述前后方向調(diào)整裝置固定連接；所述第三伺服電機(jī)通過帶動(dòng)高扭矩主動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過同步帶帶動(dòng)高扭矩被動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)第三滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，第三滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第三絲杠螺母上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第三拖動(dòng)塊上下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)前后方向調(diào)整裝置沿直線導(dǎo)軌上下移動(dòng)；所述分級拋光盤裝置包括分級拋光盤步進(jìn)電機(jī)、分級拋光盤步進(jìn)電機(jī)支撐架、分級拋光盤步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器、分級拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)支撐軸承、分級拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)支撐軸承固定架和分級拋光盤；所述分級拋光盤下端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過分級拋光盤步進(jìn)電機(jī)聯(lián)軸器連接分級拋光盤步進(jìn)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過分級拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)支撐軸承進(jìn)行支撐，所述分級拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)支撐軸承通過分級拋光