[发明专利]适用于离子束抛光的工件定位误差标定及补偿方法

说明书

本发明通过获得工件中心相对离子源束流中心的空间位置关系，实现离子束抛光过程中工件位置精确标定。激光跟踪仪通过接触式测量工件上的线、面等基准信息，再进行立体几何计算得到工件中心空间位置信息。离子源开启后进行法拉第杯扫描，获得离子束流分布及其中心位置，得到离子束中心相对法拉第杯中心坐标系位置。在本发明中，工件中心空间位置经过以下传递：工件→靶球基座→法拉第杯→离子束流，获得工件中心相对离子束流中心的空间位置，从而实现离子束抛光过程中工件位置精确标定。然后CNC代码中驻留时间坐标减去工件中心相对离子束中心的空间位置关系，通过软件将定位误差进行偏置补偿。

技术领域

本发明属于精密光学制造领域，涉及离子束抛光过程中被加工光学元件与离子源加工坐标系中位置误差精确标定及补偿方法。

背景技术

离子束抛光技术的原理是利用离子源产生的高能离子对光学元件(工件)表面轰击，基于原子物理溅射效应实现工件表面材料去除。该方法具有许多传统加工方法所不具有的优点。它的去除函数是回转对称的高斯型，并且非常稳定，因此离子束抛光确定性高，面形误差收敛快；离子束抛光是非接触式抛光方法，不存在接触应力和应变，在工件边缘时去除函数不发生变化，不产生边缘效应等负面影响。离子束抛光技术由于加工精度高、确定性好,应用越来越广泛,成为了高精度光学元件制造过程中首选的抛光方法之一。

定位误差是影响离子束抛光精度的主要因素之一。定位误差是工件在机床坐标系中的实际位置与理论位置之间的偏差，具体描述为工件坐标系相对离子源加工坐标系的位置差。传统处理方式为，对工件进行精密装夹，保证工件与离子源加工坐标系的精密映射与设计值相符，尽量使定位误差为零，从而减小定位误差对离子束加工精度的影响。但是这种方式要求对工件的夹具进行特殊的设计并精密制造，且在装夹各个步骤都有精度要求，提高了离子束抛光的设备成本及时间成本。

发明内容

本发明旨在提供一种简单易行、易于操作的离子束抛光过程中工件在离子束加工坐标系中定位误差精确标定方法，并在加工过程中通过软件将定位误差进行补偿。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供1、一种适用于离子束抛光的工件定位误差标定及补偿方法，提供：工件安装板、离子源、激光跟踪仪、靶标球、工业测量相机，靶球基座，法拉第杯，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将工件固定在工件安装板上；

步骤2：架设激光跟踪仪，其中激光跟踪仪的测量范围覆盖整个工件及靶球基座；

步骤3：激光跟踪仪结合靶标球测量工件中心的空间位置信息，设为(x_w,y_w,z_w)；

步骤4：将靶球放置在靶球基座上，获得靶球基座中心的在激光跟踪仪测量坐标系中的空间位置，设为(x_b,y_b,z_b)；

步骤5：采用激光跟踪仪计算步骤3及步骤4获得的空间位置数据，两者相减得到工件中心相对靶球基座中心的空间坐标变换(Δx₁,Δy₁,Δz₁)，其变换矩阵如式(0.1)所示；

步骤6：通过工业测量相机精密标定靶球基座与法拉第杯中心孔(x_f,y_f,z_f)的相对位置(Δx₂,Δy₂,Δz₂)；代入步骤5数据，计算得到工件中心相对法拉第杯中心孔的空间坐标变换关系，其变换矩阵如式所示：

步骤7：关闭离子束加工设备的真空仓门，抽取真空，到达预定真空度后开启离子源；