[发明专利]全口径平面抛光中抛光盘表面形状的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学加工领域，尤其涉及全口径平面抛光范畴中基于沥青盘的环形抛光和基于聚氨酯盘的平面快速抛光中抛光盘表面三维轮廓的检测。

背景技术

在光学元件加工中，全口径平面抛光主要分为基于沥青盘的环形抛光和基于聚氨酯盘的平面快速抛光。传统全口径抛光主要采用沥青作为抛光盘材料，为了改善沥青盘的流动性和工件表面抛光轨迹密度分布的均匀性，沥青盘一般制备成圆环形，并将元件放在环带上进行抛光，即所谓的环抛技术。数十年来，环形抛光的质量控制，特别是元件面形误差的修正，主要依赖于工人长期的生产实践，加工遵循着机床参数设置、元件加工、面形检测、根据面形误差重新设定机床参数的循环过程，直到面形精度满足要求。这种基于加工结果反馈的工艺控制，大大延长了环抛的加工周期，降低了生产效率。目前，环形抛光修正元件面形误差，主要通过调整校正盘在沥青盘上的径向位置来实现。一般来说，外推校正盘会使元件面形往凹面变化，而内推校正盘则使元件面形往凸面变化。基于这一原理即可根据元件的检测面形来调整工艺参数进行加工。由于环形抛光的材料去除效率较低，因此近年来，基于聚氨酯盘的平面快速抛光技术得到了越来越多的应用。聚氨酯抛光起源于IBM公司基础技术实验室在1983年针对半导体硅片加工提出的CMP技术。美国劳伦斯利弗莫尔实验室（Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL）的Berggren、Schmell等人是最早将聚氨酯垫应用于光学加工的研究者之一。由于聚氨酯垫具有较高的强度和良好的耐磨性，使得抛光过程能够在高速高压条件下进行，从而大大提高了全口径抛光的材料去除效率。

无论是基于沥青盘的环形抛光还是基于聚氨酯盘的平面快速抛光中，抛光盘的表面形状对于元件的面形误差均具有决定性的影响，如果能够实时检测盘面的形状，就能实时通过调整工艺参数或者进行修整工艺来改善盘面的形状，从而大大减少了加工循环次数，这对于提高加工效率具有重要的意义。目前，美国Zygo公司主要针对沥青盘提出了基于被检物贴合于盘面的轮廓检测方法，其采用工装夹具带动被检物沿盘面半径方向运动，结合盘面自身的旋转运动，通过检测被检物的高度来获得盘面的轮廓。这种检测方法的不足之处是要求检测过程中被检物与盘面贴合良好，两者之间不能存在间隙或者间隙在检测过程中保持恒定，这对于抛光盘旋转、被检物直线运动的动态过程以及抛光液存在于盘面的条件下，实现难度较大，检测精度难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全口径平面抛光中检测精度高的抛光盘表面形状的检测方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：全口径平面抛光中抛光盘表面形状的检测方法，该方法包括以下步骤：

1）确定移动块运动导轨的直线度误差：将位移传感器的探测头固定于移动块上，在抛光盘中心区域放置可调平台，将标准镜放在可调平台上，然后将探测头的检测点调至标准镜表面，开启移动块沿导轨的匀速直线运动，同时位移传感器记录探测头的高度数据并输出至计算机，得到导轨相对标准镜的距离，即移动块运动导轨的直线度误差f(x)；

2）结合抛光盘的旋转运动和移动块的直线运动测得抛光盘表面沿螺旋线分布的检测点的相对高度：将探测头的检测点调至抛光盘盘面上，开启抛光盘及移动块的运动，同时位移传感器记录探测头的高度数据并输出至计算机，得到抛光盘盘面沿螺旋线分布的检测点处的高度h(t)；

3）检测数据的预处理：对于突变和偏差较大的检测值，采用通过插值计算得到的数据将其取代，然后对数据进行匀滑处理，并减去步骤1）得到的移动块运动导轨的直线度误差，得到沿螺旋线路径检测盘面轮廓时检测点高度随检测时间的变化数据；

4）根据已检测点的高度数据通过插值方法得到抛光盘二维表面均匀离散各点的高度值：以抛光盘旋转中心为原点，原点与初始检测点连线为x轴正方向，建立直角坐标系，可得到各检测点的坐标及其高度值：