一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，属于天线反射器FSS加工技术领域。本发明专利技术所述方法首次提出了采用天线反射器实测型面数据修正激光刻蚀用设计型面数据，即将实测型面数据转化为与设计型面数据同一坐标系下进行对比分析，根据误差修正激光刻蚀用设计型面数据，从而提高后续天线表面FSS激光刻蚀加工精度，采用该方法制造的天线反射器表面FSS振子图形尺寸精度及相对位置精度均优于15μm。

A Method for Improving the Machining Accuracy of FSS Laser Etching on the Surface of Antenna Reflector

【技术实现步骤摘要】
一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法
本专利技术涉及一种提高天线反射器表面FSS(频率选择表面)激光刻蚀加工精度的方法，属于天线反射器FSS加工

技术介绍
频率选择表面(FrequencySelectiveSurface，FSS)是指在导电金属表面分布周期性的缝隙或在介质上排列周期性的金属贴片，达到频率选择的目的，即一种空间滤波器。三维曲面激光刻蚀技术是目前天线反射器FSS制造中最具优势和潜力的一种频率选择表面制造方法。卫星天线壳体通常采用质量较小，比强度较高，化学稳定性、抗疲劳、抗冲击等性能良好的复合材料。目前，对于复合材料天线壳体加工大多采用热压工艺一次成型，虽然加工模具具有较高的精度，但复合材料热压成型过程中的回弹造成的型面误差仍然不能完全避免；另外，天线靶标点的确定、复材壳体表面金属化等都可能使实际天线型面与天线设计型面产生一定的误差，而上述误差的产生必然导致天线实际型面与设计型面不能完全吻合。另一方面，由于在激光刻蚀过程中是以天线的设计型面数据为基准来完成金属薄膜图形的法向刻蚀，即通过反射器三个靶标点(三点确定一个面)将实际工件定位于刻蚀设备机器坐标系下，然后通过控制激光加工头移动至机器坐标系下设计型面模型表面的待加工点进行刻蚀加工。如果在实际加工过程中，天线的设计型面与实际型面不能精确匹配，产生的误差可能使激光刻蚀加工时存在过焦或欠焦现象，进一步导致复材表面金属薄膜刻蚀不干净的缺陷产生，并影响金属薄膜图形刻蚀的尺寸精度及位置精度，从而最终影响天线的电气性能。
技术实现思路
针对天线反射器实际型面与设计型面存在的误差而导致激光刻蚀精度降低的问题，本专利技术提供一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，该方法是将实测型面数据转化为与设计型面数据同一坐标系下进行对比分析，根据误差修正激光刻蚀用设计型面数据，从而提高后续激光刻蚀加工精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1.采用三维曲面非接触测量设备对待加工的天线反射器型面进行实际测量；步骤2.通过坐标系转化软件将天线反射器的实测型面数据转化为与设计型面数据同一坐标系下，并将两组型面数据进行对比分析；步骤3.如果型面数据误差在激光刻蚀加工允许误差范围之内，采用设计型面数据进行天线反射器表面激光刻蚀加工；如果型面数据误差超出激光刻蚀加工允许误差范围，先根据实测型面数据对设计型面数据进行修正使激光刻蚀过程中待加工天线反射器表面处于激光加工焦深范围内，再采用修正后的设计型面数据进行天线发射器表面激光刻蚀加工。步骤1中，对天线反射器型面进行测试的具体步骤如下：先通过天线反射器裙边相互对称的基准孔确定天线反射器型面中心点的坐标并将其设置为直角坐标系原点，再设定相邻测量点的间隔步长使该间隔步长所引起的Z轴方向变化值小于TTL同轴激光系统捕捉范围(保证运行程序测量过程中逐点测量时均能实现自动聚焦)；然后，利用三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能从中心点开始沿天线反射器的一条母线根据间隔步长进行手动逐点测量，直至整条母线测量完成；将以中心点为坐标原点的直角坐标系转换为以中心点为坐标原点的极坐标系，利用三维曲面非接触测量设备中编程模块的复制功能围绕坐标原点沿圆周方向每间隔角度不大于5°复制一次步骤c中测量母线的操作步骤，旋转一周完成复制并保存；再运行三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能，实现对反射器型面各条母线自动逐点测量(每条母线上所测量点的数量为编程过程中所选基准母线中所测量的点数)，最终输出以反射器中心点为坐标原点的直角坐标系中各测试点的X、Y、Z坐标值；另外，利用三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能测量天线发射器型面上靶标点的直角坐标数据。其中，对于天线反射器型面上测试的多条母线还可以按照如下步骤进行测量：先通过天线反射器裙边相互对称的基准孔确定天线反射器型面中心点的坐标并将其设置为直角坐标系原点，再设定相邻测量点的间隔步长使该间隔步长所引起的Z轴方向变化值小于TTL同轴激光系统捕捉范围；然后，从中心点开始沿天线反射器的一条母线每隔间隔步长进行测量一次，整条母线测量完成后，再按照该母线的测试方法测试天线反射器型面上其他母线的数据，其中相邻两条母线的间隔角度不大于5°，最终获得各测试点在直角坐标系的X、Y、Z坐标值。步骤2中，利用靶标点测试数据将测量所得天线反射器型面数据转换为与设计型面数据同一坐标系下，通过插值法对比实测型面数据与设计型面数据的偏差，其实质即对比两组数据中X、Y坐标值相同的点的Z值差ΔZ。步骤3中，激光刻蚀加工允许误差最大值ΔZMAX可以通过试验确定，具体方法如下：在天线反射器随炉陪样试板表面采用相同激光刻蚀工艺参数进行FSS振子图形激光刻蚀，并通过不断改变激光刻蚀加工头与刻蚀试板表面的距离进行离焦刻蚀加工，然后观察依次刻蚀的振子图形刻蚀加工效果，从而得出在确保刻蚀振子图形完整性的前提下加工过程中Z值允许偏差最大值，即ΔZMAX。若步骤2中的ΔZ≤ΔZMAX，则采用按照设计型面数据设定的激光刻蚀加工参数完成天线反射器的激光刻蚀加工；若ΔZ>ΔZMAX，则需对设计型面数据进行修正，再按照设计型面数据设定的激光刻蚀加工参数完成天线反射器的激光刻蚀加工。具体修正方法如下：通过调整设计型面数据在激光刻蚀机器加工坐标系下的Z轴高度，使激光刻蚀过程中待加工天线反射器表面处于激光加工焦深范围内(最好是焦点位置)，尽量减小天线反射器实际型面数据偏差引入的激光刻蚀误差，从而避免激光刻蚀过程中由于欠焦或过焦而导致的金属薄膜刻蚀不干净等缺陷，进一步提高刻蚀后FSS振子图形尺寸精度及位置精度。有益效果：(1)本专利技术提供了一种普遍适用于规则外形复材天线反射器表面FSS激光刻蚀加工的新方法，可以解决因天线反射器实际型面数据与设计型面数据误差而导致的激光刻蚀加工精度降低的问题；(2)本专利技术提出了一种利用非接触三维曲面图形测量分析设备的软件编程功能以及逐点测量功能，进行规则天线反射器型面测量的新方法，即：在测量过程中通过将反射器中心点为坐标原点的三维直角坐标系转化为以反射器中心点为坐标原点的极坐标系，通过反射器表面一条基准母线的手动测量以及编程来完成整个反射器型面所有待测母线的自动逐点测量，较手动逐点测量方法进一步提高了测试效率；(3)本专利技术所述方法首次提出了采用天线反射器实测型面数据修正激光刻蚀用设计型面数据，从而进一步提高天线表面FSS激光刻蚀加工精度，在国内外期刊未见报道；(4)采用本专利技术所述方法制造的天线反射器表面FSS振子图形尺寸精度及相对位置精度均优于15μm。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1采用电弧离子镀膜的方法在天线反射器(投影口径Φ400mm，离心率约1.45)表面制备一层厚度约1.5μm的金属铝膜，采用三坐标测量系统CNC670(单轴测试精度2三μm)对天线反射器壳体进行非接触测量获得实际型面数据；其中，实际型面数据的测试具体步骤如下：先通过天线反射器裙边相互对称的八个基准孔确定天线反射器型面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1.采用三维曲面非接触测量设备对待加工的天线反射器型面进行实际测量；步骤2.通过坐标系转化软件将天线反射器的实测型面数据转化为与设计型面数据同一坐标系下，并将两组型面数据进行对比分析；步骤3.如果型面数据误差在激光刻蚀加工允许误差范围之内，采用设计型面数据进行天线反射器表面激光刻蚀加工；如果型面数据误差超出激光刻蚀加工允许误差范围，先根据实测型面数据对设计型面数据进行修正使待加工天线反射器表面处于激光加工焦深范围内，再采用修正后的设计型面数据进行天线发射器表面激光刻蚀加工。

【技术特征摘要】
1.一种提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1.采用三维曲面非接触测量设备对待加工的天线反射器型面进行实际测量；步骤2.通过坐标系转化软件将天线反射器的实测型面数据转化为与设计型面数据同一坐标系下，并将两组型面数据进行对比分析；步骤3.如果型面数据误差在激光刻蚀加工允许误差范围之内，采用设计型面数据进行天线反射器表面激光刻蚀加工；如果型面数据误差超出激光刻蚀加工允许误差范围，先根据实测型面数据对设计型面数据进行修正使待加工天线反射器表面处于激光加工焦深范围内，再采用修正后的设计型面数据进行天线发射器表面激光刻蚀加工。2.根据权利要求1所述的提高天线反射器表面FSS激光刻蚀加工精度的方法，其特征在于：步骤1中，对天线反射器型面进行测试的具体步骤如下，a)通过天线反射器裙边相互对称的基准孔确定天线反射器型面中心点的坐标并将其设置为直角坐标系原点；b)设定相邻测量点的间隔步长，使该间隔步长所引起的Z轴方向变化值小于TTL同轴激光系统捕捉范围；c)利用三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能从中心点开始沿天线反射器的一条母线每隔间隔步长进行测量一次，直至整条母线测量完成；d)将以中心点为坐标原点的直角坐标系转换为以中心点为坐标原点的极坐标系，利用三维曲面非接触测量设备中编程模块的复制功能围绕坐标原点沿圆周方向每间隔角度不大于5°复制一次步骤c中测量母线的操作步骤，旋转一周完成复制并保存；e)运行三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能，实现对反射器型面各条母线自动逐点测量，最终输出各测试点在直角坐标系的X、Y、Z坐标值；f)再利用三维曲面非接触测量设备中测量模块的测量点功能测量天线发射器型面上靶标点的直角坐标数据。3.根据权利要求1所述的提高天线反射器表面FSS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，尚凯文，周晖，吴敢，杨建平，郑军，左华平，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62