基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密与超精密加工领域，更具体的说，涉及一种基于研磨抛光盘多自由度调整机构的自适应调整方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着半导体产业和光学产业的不断发展，需要硅片表面和光学镜面等精密工件表面绝对平整，上下表面绝对平行，没有凸起和平整度差等缺陷。因目前加工技术的限制，用来加工精密工件的复合弹性分级研抛盘表面不可能绝对平整，上下表面不可能绝对平行。复合弹性分级研抛盘是一种以柔性材料作为基体的研抛盘，集研磨与抛光与一体，然而由于研抛盘整体为弹性体，在通过常用的修面机对研抛盘表面进行修整的时候，无法达到普通研磨盘的表面平行度，不同的部位高度差距较大，这样的研抛盘加工工件表面质量难以提高，同时也难以准确预测材料的去除量。另外，由于工件本身切片时上下表面可能存在平行度的差异，普通的机械化学抛光通过在工件上放置一定质量的重物的方法，工件各处材料去除量相等，研抛过后工件本身存在的平行度差异并无改善。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决工件本身上下表面不平行和复合弹性研抛盘修盘之后表面平面度较差的问题，本发明提出一种基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，具有有效改善工件上下表面平行度，实时调整工件空间位姿，保证工件加工时接触压力保持恒定，从而得到表面光滑无损伤且形面精度好的工件。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:基于研磨抛光工件多自由度调整机构的自适应调整方法，包括以下步骤:
[0005]I)提供工件，并对工件进行上下表面平行度的测量，将工件固定在高精度三维压力传感器前端的工件固定平台上；
[0006]2)提供复合弹性分级抛光盘，通过修面工具对分级抛光盘上表面进行修整；
[0007]3)通过图像采集分析系统对分级抛光盘表面进行图像采集并产生分级抛光盘表面三维形貌数据，同时通过固定姿态的工件与旋转的分级抛光盘接触，通过高精度三维压力传感器系统采集工件受到的力，并利用该力反求出分级抛光盘表面的形貌特征；
[0008]4)综合图像采集分析系统和高精度三维压力传感器系统得到的分级抛光盘的表面形貌数据，规划工件加工时的位姿，生成工件位姿变换数据；
[0009]5)根据生成的工件位姿变换数据，通过工件空间位姿控制执行系统控制工件加工时的位置和姿态；工件加工时继续通过高精度三维压力传感器系统检测工件受力情况，并实时修正工件位姿变换信息。
[0010]进一步的，所述工件空间位姿控制执行系统包括控制工件空间位置的位置控制系统和控制工件空间姿态的姿态控制系统。所述的位置控制系统分别包括x、y、z方向的伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨，所述姿态控制系统包括六个用于控制工件沿X、y、z轴转动的液压缸。
[0011]进一步的，所述分级抛光盘由磨料层、粘结层和弹性基体层组成，磨料层沿径向从外往内由粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光圈组成，不同加工圈采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，以分别适用于粗磨、细磨、精磨和抛光加工。
[0012]进一步的，所述图像采集分析系统包括多个摄像头和图像处理系统，根据多个摄像头采集分级抛光盘表面形貌照片，经过图像处理系统的分析可得到分级抛光盘的三维相貌，生成其表面形貌的相关数据。
[0013]进一步的，所述高精度三维压力传感器系统包括高精度三维压力传感器和处理系统，用于实时采集工件受到的沿X、1、Z方向的力和沿X、1、z轴的扭矩。
[0014]进一步的，该自适应调整方法使用的基于研磨抛光工件多自由度调整机构包括分级抛光盘装置，用于实现分级抛光盘的固定和转动；抛光盘表面轨迹摄像装置，用于采集分级抛光盘表面的形状轨迹；工件位姿自适应调整装置，用于对工件的空间位姿进行调整以便工件更好的与抛光盘表面贴合；左右方向调整装置，用于固定抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置并带动抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置左右移动；前后方向调整装置，用于带动左右方向调整装置、抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置前后移动；上下方向调整装置，用于带动前后方向调整装置、左右方向调整装置、抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置上下移动；支撑装置，用于支撑上述所有部件；所述工件位姿自适应调整装置包括位姿调整顶部固定板、位姿调整底部固定板、六个高精度调整液压缸和高精度三维压力传感器，高精度三维压力传感器和抛光工件固定在所述位姿调整底部固定板的底部，六个高精度调整液压缸均同向设置且六个高精度调整液压缸的上下两端分别通过万向铰链铰接在位姿调整顶部固定板和位姿调整底部固定板上；所述位姿调整顶部固定板的上端连接左右方向调整装置；所述支撑装置包括整体机构底部支撑板、整体机构竖直梁、整体机构中部支撑板、整体机构竖直支撑板和整体机构顶部支撑板，所述整体机构竖直梁的上下两端分别与整体机构中部支撑板和整体机构底部支撑板固定连接，所述整体机构竖直支撑板的上下两端分别与整体机构顶部支撑板和整体机构中部支撑板固定连接；所述左右方向调整装置包括第一侧面固定板、第一中间支撑板、第一滚珠丝杠、第一丝杠螺母、第一丝杠支撑端轴承座、第一丝杠固定端轴承座、第一伺服电机、第一联轴器、第一伺服电机支撑架、第一直线导轨、第一拖动块和第一滑块，所述第一滚珠丝杠通过第一丝杠支撑端轴承座、第一丝杠固定端轴承座支撑在所述第一中间支撑板上，所述第一滚珠丝杠的一端通过第一联轴器连接第一伺服电机，所述第一伺服电机通过第一伺服电机支撑架固定在第一中间支撑板上；所述第一直线导轨固定在所述第一中间支撑板上的底面上，所述第一滑块套装在第一直线导轨上；所述第一拖动块一端与套装在第一滚珠丝杠上的第一丝杠螺母固定连接，另一端与抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置固定连接；所述第一中间支撑板的左右两侧固定有支撑所述第一中间支撑板的第一侧面固定板；所述第一伺服电机通过第一联轴器带动第一滚珠丝杠转动，从而带动第一丝杠螺母左右移动，进一步带动抛光盘表面轨迹摄像装置和工件位姿自适应调整装置左右移动；所述前后方向调整装置包括第二侧面固定板、第二中间支撑板、第二滚珠丝杠、第二丝杠螺母、第二丝杠支撑端轴承座、第二丝杠固定端轴承座、第二伺服电机、第二联轴器、第二伺服电机支撑架、第二直线导轨、第二滑块和第二拖动块；所述第二滚珠丝杠通过第二丝杠支撑端轴承座、第二丝杠固定端轴承座支撑在所述第二中间支撑板上，所述第二滚珠丝杠的一端通过第二联轴器连接第二伺服电机，所述第二伺服电机通过第二伺服电机支撑架固定在第二中间支撑板上；所述第二中间支撑板的两侧固定有支撑所述第二中间支撑板的第二侧面固定板，所述第二直线导轨固定在第二侧面固定板上，所述第二滑块套装在所述第二直线导轨上，所述第二滑块与左右方向调整装置固定连接；所述第二丝杠螺母套装在所述第二滚珠丝杠上且第二丝杠螺母与第二拖动块固定连接，第二拖动块与左右方向调整装置固定连接；第二伺服电机通过第二联轴器带动第二滚珠丝杠转动，从而带动第二丝杠螺母前后移动，进一步带动第二拖动块和左右方向调整装置沿着第二直线导轨前后移动；所述上下方向调整装置包括第三滚珠丝杠、第三丝杠螺母、第三丝杠支撑端轴承座、第三丝杠固定端轴承座、第三伺服电机、第三伺服电机支撑架、第三直线导轨、第三滑块、第三拖动块、同步带张紧轮、高扭矩从动同步带轮、同步带张紧轮固定轴、高扭矩主动同步带轮和同步带，所述第三滚珠丝杠通过第三丝杠支撑端轴承座、第三丝杠固定端轴承座竖直支撑在所述整体机构竖直支撑板的一侧上，所述整体机构竖直支撑板的另一侧上固定与所述第三滚珠丝杠平行设置的第三直线导轨，所述第三滚珠丝杠的上端固定有高扭矩从动同步带轮，所述第三伺服电机通过第三伺服电机支撑架固定在所述整体机构顶部支撑板的上端，所述第三伺服电机的前端固定高扭矩主动同步带轮，所述整体机构顶部支撑板的上端还固定有同步带张紧轮固定轴，同步带张紧轮固定在所述同步带张紧轮固定轴上，所述同步带张紧轮、高扭矩从动同步带轮和高扭矩主动同步带轮通过同步带连接；所述第三丝杠螺母套装在所述第三滚珠丝杠上，第三拖动块的一端与所述第三丝杠螺母固定连接，第三拖动块的另一端与前后方向调整装置固定连接，所述第三滑块套装在第三直线导轨上且与所述前后方向调整装置固定连接；所述第三伺服电机通过带动高扭矩主动同步带轮转动，通过同步带带动高扭矩被动同步带轮转动，从而驱动第三滚珠丝杠转动，第三滚珠丝杠转动时带动第三丝杠螺母上下运动，从而带动第三拖动块上下移动，进而带动前后方向调整装置沿直线导轨上下移动；所述分级抛光盘装置包括分级抛光盘步进电机、分级抛光盘步进电机支撑架、分级抛光盘步进电机联轴器、分级抛光盘转动支撑轴承、分级抛光盘转动支撑轴承固定架和分级抛光盘；所述分级抛光盘下端的转动轴通过分级抛光盘步进电机联轴器连接分级抛光盘步进电机，所述转动轴通过分级抛光盘转动支撑轴承进行支撑，所述分级抛光盘转动支撑轴承通过分级抛光