一種脆性材料表面在拋光前的評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種脆性材料研磨和拋光加工過程中的評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脆性材料，不管是硬脆材料還是軟脆材料。對于已達(dá)到一定尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量的脆性材料工件，其超精密加工過程一般都是先進(jìn)行研磨加工，以去除表面與亞表面損傷層，進(jìn)一步提高尺寸精度和形狀精度，降低表面粗糙度。隨后通過軟質(zhì)的拋光墊進(jìn)行拋光加工，去除研磨加工帶來的損傷層，并使得工件表面粗糙度達(dá)到加工要求。通常研磨加工的時間是拋光加工時間的數(shù)十倍。而研磨加工后的表面形貌對后序的拋光加工時間有較大影響。為了提高脆性材料的整體加工效率，工件須通過研磨加工出易拋表面，使得后序的拋光加工能更高效、高成品率、高質(zhì)量地實現(xiàn)。
[0003]超精密加工是一個表面粗糙度逐步降低的過程，從粗研到精研再到粗拋最后到精拋。以往對精研加工是否達(dá)標(biāo)主要是檢測其表面粗糙度。因此也要求研磨加工后表面粗糙度盡可能小，有利于后續(xù)拋光。其實作為中間工序的研磨加工，表面粗糙度并不是研磨工序追求的目標(biāo)，有時較小表面粗糙度的脆性材料表面反而需更多的拋光時間。這是因為表面粗糙度參數(shù)&是一個均化值，并不能完全反映工件表面形貌特征。相同表面粗糙度Ra的表面會完全不一樣，由圖1兩種研磨后工件表面形貌，雖然兩者表面粗糙度Ra值相同，要使其拋光至理想表面(如圖中虛線位置所示)，顯然圖1(b)工件更易加工。因此易拋表面并不能完全由表面粗糙度來作為指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有脆性材料表面在拋光前的評價方式的無法有效體現(xiàn)易拋性、準(zhǔn)確性較差的不足，本發(fā)明提供一種有效體現(xiàn)易拋性、準(zhǔn)確性良好的脆性材料表面在拋光前的評價方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種脆性材料表面在拋光前的評價方法，在研磨完成后拋光之前，計算研磨后脆性材料表面的殘余去除體積，所述殘留去除體積指當(dāng)前表面形貌加工至要求表面形貌所應(yīng)去除的材料體積，如果殘余去除體積少于設(shè)定的體積閾值，則表明該脆性材料表面屬于可能易拋型；否則屬于可能不易拋型。
[0007]進(jìn)一步，當(dāng)判別屬于可能易拋型后，計算研磨后脆性材料表面的粗糙度，如果粗糙度小于設(shè)定粗糙閾值，則判定該脆性材料表面屬于易拋型。
[0008]再進(jìn)一步，所述殘余去除體積的計算基于白光干涉儀9800檢測分析軟件Vis1n進(jìn)行二次開發(fā)，過程如下:
[0009]1)打開工件檢測表面文件，將表面各點(diǎn)相對高度讀入二維數(shù)組；
[0010]2)關(guān)閉工件檢測表面文件；[0011 ] 3)對各點(diǎn)相對高度數(shù)組按升序排序成一維數(shù)組；
[0012]4)去除相對高度數(shù)組中的無效值與設(shè)定個數(shù)的最大、最小噪音值；
[0013]5)計算各點(diǎn)的殘留體積并求和，得檢測區(qū)域的殘留去除體積。
[0014]更進(jìn)一步，當(dāng)待評價的脆性材料有至少兩組時，如果一種脆性材料表面的殘余去除體積比另一種脆性材料表面的殘余去除體積小，則判定一種脆性材料表面比另一種脆性材料表面更易拋。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:要減少拋光的加工時間有兩種途徑可實現(xiàn)，一種是提高拋光的材料去除率，另一種是減少工件需拋光的殘留去除體積。由于拋光的材料去除率提高相對較為困難，這兒給提高加工效率提供了另一個思路，可在基本不改變拋光加工的材料去除率前提下減少拋光加工時間。
[0016]殘留去除體積，指當(dāng)前表面形貌加工至要求表面形貌所應(yīng)去除的材料體積，如圖2陰影部分所示。在圖2(a)中表面以凹坑為主，圖2(b)表面較光滑，僅殘留若干深劃痕，顯然圖2(b)表面粗糙度Ra值比圖2(a)表面更小，為加工得到無凹坑劃痕的光滑表面，兩者的加工余量相同，但圖2(a)表面的殘留去除體積更小，在相同的材料去除率下，其后序工序的加工時間更少。
[0017]為了使材料去除率較低的拋光工序減少加工時間，提高整體加工效率。對中間工序的精研加工，其加工工件表面易拋性的判別準(zhǔn)則應(yīng)以局部波紋度、殘留去除體積為主，表面粗糙度、表面形貌綜合為輔的評價方法。即應(yīng)選擇精研后工件面形精度高、殘留去除體積小的研磨工藝。如果研磨后工件表面均布等深淺凹坑就性屬于易拋表面，如圖1(b)所示。這種表面殘留去除體積小，表面粗糙度也小。
[0018]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:有效體現(xiàn)易拋性、準(zhǔn)確性良好。
【附圖說明】
[0019]圖1是兩種工件表面形貌圖，其中，(a)的表面呈上凸形，(b)的表面呈下凹形。
[0020]圖2是兩種工件表面形貌與殘留去除體積圖，其中，(a)的表面以凹坑為主，(b)的表面較光滑，僅殘留若干深劃痕。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022]參照圖1和圖2，一種脆性材料表面在拋光前的評價方法，在研磨完成后拋光之前，計算研磨后脆性材料表面的殘余去除體積，所述殘留去除體積指當(dāng)前表面形貌加工至要求表面形貌所應(yīng)去除的材料體積，如果殘余去除體積少于設(shè)定的體積閾值，則表明該脆性材料表面屬于可能易拋型；否則屬于可能不易拋型。
[0023]進(jìn)一步，當(dāng)判別屬于可能易拋型后，計算研磨后脆性材料表面的粗糙度，如果粗糙度小于設(shè)定粗糙閾值，則判定該脆性材料表面屬于易拋型。
[0024]再進(jìn)一步，所述殘余去除體積的計算基于白光干涉儀9800檢測分析軟件Vis1n進(jìn)行二次開發(fā)，過程如下:
[0025]1)打開工件檢測表面文件，將表面各點(diǎn)相對高度讀入二維數(shù)組；
[0026]2)關(guān)閉工件檢測表面文件；
[0027]3)對各點(diǎn)相對高度數(shù)組按升序排序成一維數(shù)組；
[0028]4)去除相對高度數(shù)組中的無效值與設(shè)定個數(shù)的最大、最小噪音值；
[0029]5)計算各點(diǎn)的殘留體積并求和，得檢測區(qū)域的殘留去除體積。
[0030]更進(jìn)一步，當(dāng)待評價的脆性材料有至少兩組時，如果一種脆性材料表面的殘余去除體積比另一種脆性材料表面的殘余去除體積小，則判定一種脆性材料表面比另一種脆性材料表面更易拋。
[0031]以口徑為20mm的軟脆光學(xué)鏡片F(xiàn)⑶1為工件，其中凸面半徑為23.5mm，凹面半徑為240mm。工件初始表面Ra294nm?Ra314nm，Rt12.21 μ m?Rt17.80 μ m。采用精密球面研磨機(jī)KJ-4對鏡片分兩組進(jìn)行精研，精研的研磨盤轉(zhuǎn)速為1500rpm，研磨加工時間都設(shè)為14秒。兩組鏡片的球面研磨機(jī)針端載荷分別為6.6kgf和7.4kgf。
[0032]對兩組不同載荷加工后的鏡片用白光干涉儀檢測表面粗糙度和殘留去除體積。針端載荷為6.6kgf研磨的鏡片表面粗糙度為3.61nm(檢測面積125 μ m*94 μ m)，殘留去除體積為231.25 μ m3 (檢測面積125 μ m*94 μ m)，局部波紋度551nm(檢測面積1.3mm*0.94mm)。而針端載荷為7.4kgf研磨的鏡片表面粗糙度為2.75nm (檢測面積125 μ m*94 μ m)，殘留去除體積為1150.8 μ m3 (檢測面積125 μ m*94 μ m)，局部波紋度624nm (檢測面積
1.3mm*0.94mm)。盡管針端載荷為7.4kgf研磨的鏡片表面粗糙度小于針端載荷為6.6kgf加工的鏡片，但是其表面殘留去除體積大于針端載荷為6.6kgf研磨的鏡片。在后序的拋光加工中，針端載荷為7.4kgf研磨的鏡片需拋光57秒才能達(dá)到加工要求表面(拋光盤轉(zhuǎn)速為1500rpm，球面拋光機(jī)的針尖載荷設(shè)為7kgf，采用5%濃度的氧化鈰拋光液，拋光液pH值調(diào)至6)。而針端載荷為6.6kgf研磨的鏡片在同樣的拋光條件下需拋光53秒達(dá)到加工要求表面，節(jié)省了拋光時間。
[0033]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項】
1.一種脆性材料表面在拋光前的評價方法，其特征在于:在研磨完成后拋光之前，計算研磨后脆性材料表面的殘余去除體積，所述殘留去除體積指當(dāng)前表面形貌加工至要求表面形貌所應(yīng)去除的材料體積，如果殘余去除體積少于設(shè)定的體積閾值，則表明該脆性材料表面屬于可能易拋型；否則屬于可能不易拋型。2.如權(quán)利要求1所述的脆性材料表面在拋光前的評價方法，其特征在于:當(dāng)判別屬于可能易拋型后，計算研磨后脆性材料表面的粗糙度，如果粗糙度小于設(shè)定粗糙閾值，則判定該脆性材料表面屬于易拋型。3.如權(quán)利要求1或2所述的脆性材料表面在拋光前的評價方法，其特征在于:所述殘余去除體積的計算基于白光干涉儀9800檢測分析軟件Vis1n進(jìn)行二次開發(fā)，過程如下: 1)打開工件檢測表面文件，將表面各點(diǎn)相對高度讀入二維數(shù)組； 2)關(guān)閉工件檢測表面文件； 3)對各點(diǎn)相對高度數(shù)組按升序排序成一維數(shù)組； 4)去除相對高度數(shù)組中的無效值與設(shè)定個數(shù)的最大、最小噪音值； 5)計算各點(diǎn)的殘留體積并求和，得檢測區(qū)域的殘留去除體積。4.如權(quán)利要求1或2所述的脆性材料表面在拋光前的評價方法，其特征在于:當(dāng)待評價的脆性材料有至少兩組時，如果一種脆性材料表面的殘余去除體積比另一種脆性材料表面的殘余去除體積小，則判定一種脆性材料表面比另一種脆性材料表面更易拋。
【專利摘要】一種脆性材料表面在拋光前的評價方法，在研磨完成后拋光之前，計算研磨后脆性材料表面的殘余去除體積，所述殘留去除體積指當(dāng)前表面形貌加工至要求表面形貌所應(yīng)去除的材料體積，如果殘余去除體積少于設(shè)定的體積閾值，則表明該脆性材料表面屬于可能易拋型；否則屬于可能不易拋型。本發(fā)明提供一種有效體現(xiàn)易拋性、準(zhǔn)確性良好的脆性材料表面在拋光前的評價方法。
【IPC分類】G01B11/30, G01N33/00
【公開號】CN105300324
【申請?zhí)枴緾N201510589133
【發(fā)明人】呂迅, 梅德慶
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月16日