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(guò)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(huì)脫離工件表面。
在離子束拋光或離子束刻蝕過(guò)程中，離子源中氣體通過(guò)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(huì)帶來(lái)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(wèn)題是提供一種能夠去除離子束加工過(guò)程中溫度變化對(duì)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(wèn)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(cè)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(duì)加工后的加工工件樣本進(jìn)行測(cè)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(duì)加工工件進(jìn)行測(cè)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(guò)去除誤差關(guān)系函數(shù)對(duì)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(cè)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(guò)程：
2.1）對(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)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(zhǎng)度除以掃描速度，
對(duì)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(guò)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(qǐng)中公開(kāi)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(guò)提取離子束加工時(shí)間對(duì)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(guò)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(wú)需在實(shí)際加工過(guò)程中對(duì)加工工件中的掃描軌跡點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，方法更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和有效。
附圖說(shuō)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)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(duì)加工后的加工工件樣本采用激光干涉儀進(jìn)行進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)度除以掃描速度，
對(duì)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(duì)加工工件采用激光干涉儀進(jìn)行進(jìn)行測(cè)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(guò)去除誤差關(guān)系函數(shù)對(duì)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(guò)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(guò)提取離子束加工時(shí)間對(duì)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(guò)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(wú)需在實(shí)際加工過(guò)程中對(duì)加工工件中的掃描軌跡點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，方法更加簡(jiǎn)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(shuō)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。