基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法技术

基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，涉及光学工程技术领域，为解决现有自动对刀方法对对刀阶段的划分准确性不高、缺少安全判据、自动对刀过程的效率不高的问题。本发明专利技术采用对晶体口径外三点标定的方法，建立晶体待修复表面的拟合平面方程，并考虑重力变形的影响，划分粗对刀阶段与精对刀阶段；确定粗对刀阶段进给参数和进式进刀策略，通过修复显微镜系统辅助测距，对刀尖到晶体待修复表面运动过程的距离进行修正，增设安全判据；确定精对刀阶段的进给参数和进给策略，对比每次进给前后扫描显微镜采集到的图像并进行处理，以视野中出现对刀凹坑作为对刀成功标志。实现准确、安全和高效的对刀过程。的对刀过程。的对刀过程。

【技术实现步骤摘要】
基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法


[0001]本专利技术涉及光学工程
，具体而言，涉及基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法。

技术介绍

[0002]KDP晶体元件因其具备独特的光学性能而成为现阶段激光核聚变装置中必不可少的核心元件，且需求量巨大。然而在加工KDP晶体元件时，由于加工振动、工艺参数、材料特性等各种因素的影响，其加工获得的表面极易引入为微米量级的缺陷。若不对这些缺陷点加以处理，其在后续强激光辐照下会急剧扩展，以致整块光学元件发生报废。为此，加大对大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复技术研究显得尤为重要。
[0003]目前大口径KDP晶体元件表面微缺陷修复方式主要采用基于球头铣刀高速微铣削的微机械修复方法，经过该方法修复后，可将修复后元件的激光损伤阈值恢复到无缺陷表面的85％以上水平，在该种修工艺过程中，球头微铣刀的自动对刀过程是保证大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复效率的关键。现有的对刀方法主要是基于“倒影法”自动对刀方法，进给过程根据刀具到对刀表面的距离变化，采用不同进给速度进给刀具直至识别到对刀完成标志(出现微小切屑)，完成对刀，整个过程需要时间140s。该自动对刀过程中对不同进给参数的进给过程判别不准确，如果中间某一步进给过程偏差过大，且不对其进行修正，会对下面对刀过程安全性造成危害，此外，该自动对刀方法还存在自动对刀阶段的划分的准确性不高，缺少安全判据，自动对刀过程的效率不高等缺点。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：
[0005]现有对刀工艺规划方法存在对对刀阶段的划分准确性不高、缺少安全判据导致不同进给参数的进给过程判别不准确、自动对刀过程的效率不高的问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0007]本专利技术提供了基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1.安装大口径KDP晶体，组装并调整修复显微镜系统与扫描显微镜系统，晶体修复机床系统各轴自动回零；
[0009]步骤2.采用扫描显微镜系统对晶体口径外三点标定的方法，建立晶体待修复表面的拟合平面方程，基于所述拟合平面方程并考虑重力变形对对刀位置的影响，确定划分粗对刀阶段与精对刀阶段的关键点位置坐标；
[0010]步骤3.确定粗对刀阶段进给参数，粗对刀阶段采用节点式渐进式进刀策略，通过修复显微镜系统采用“倒影法”计算出刀具距离晶体待修复表面的距离，在刀具处于不同节点之间时，采用不同的进给参数，实现快速进给对刀；
[0011]步骤4.粗对刀阶段中通过修复显微镜系统辅助测距，对刀尖到晶体待修复表面运动过程的距离进行修正，增设安全判据，从而实现不同进给参数下的安全进给；
[0012]步骤5.确定精对刀阶段的进给参数，采用恒定步距进给策略，对比每次进给前后扫描显微镜采集到的图像并进行处理，以视野中出现对刀凹坑作为对刀成功标志。
[0013]进一步地，步骤1中所述的晶体修复机床包括扫描显微镜系统用于晶体表面缺陷点的快速搜寻和采集修复加工过程晶体对刀表面的实时图像信息、缺陷修复系统用于缺陷点的三轴联动加工去除、修复显微镜系统用于采集对刀图像信息并计算刀具距离晶体对刀表面的距离，对刀过程为刀具向上进给至晶体下表面的过程。
[0014]进一步地，晶体修复机床采用的扫描显微镜为JAI的BM
‑
500GE型CCD，分辨率为2456
×
2058，最大帧速度可达15fps，像素尺寸为3.45μm
×
3.45μm；采用的修复显微镜维视图像的MV
‑
VD200SC型工业CCD，分辨率为1600
×
1200，最大帧速度可达12fps，其驱动程序可提供以WDMIAT3.0为接口的C++语言标准库函数。
[0015]进一步地，步骤2中采用有限元仿真的方法获得晶体元件的重力变形。
[0016]进一步地，步骤3中粗对刀阶段分为四个过程，粗对刀过程工艺规划具体为：
[0017]3‑
1选用500μm处为安全平面，基于节点式渐进进刀策略，当刀具距离待修复表面距离大于500μm时，以500μm/s的进给速度运动至500μm处；
[0018]3‑
2当刀具到待修复表面距离小于500μm时，刀具进入视野，将进给速度调整为100μm/s；
[0019]3‑
3当刀具到待修复表面距离至小于100μm时，将进给速度调整为10μm/s；
[0020]3‑
4当刀具到待修复表面距离至小于50μm时，将进给速度调整为5μm/s，直至距离达到25μm。
[0021]进一步地，步骤4中通过修复显微镜系统采用倒影法”计算刀尖距离晶体待修复表面距离d，根据d的数值对刀具位置进行修正：
[0022](1)当d≥500μm时，绝对运动至z
‑
100μm处；
[0023](2)当d＜500μm时，相对当前位置运动d
‑
100μm的距离；
[0024]同时，为保证粗对刀阶段进给过程的安全性，在运动过程中始终取修正运动量和原运动量的较小值。
[0025]进一步地，针对精对刀阶段增设两个安全判据，针对可能出现的情况：
[0026](1)未触发对刀凹坑的刀具运动停止条件，导致晶体待修复表面出现严重过切；
[0027](2)精对刀阶段进给距离超出预计距离，超出表面预测范围；
[0028]为避免以上两种情况对精对刀阶段的安全性产生损害，增设两个安全判据为：
[0029](1)当扫描显微镜系统的视野中出现2800～3200像素、优选大于30000像素的高灰度区域时，认为未触发凹坑停止条件且在晶体待修复表面发生严重过切现象，同时产生了大量的切屑；
[0030](2)精对刀阶段的进给距离为40～60μm、优选超过50μm时，超出了晶体待修复下表面的预测范围。
[0031]进一步地，步骤5中当扫描显微镜采集到的图像出现变化，采用“作差取圆”的图像处理方法对图像进行处理，首先，将每次对刀进给前后的图像做差并二值化，然后，对对刀产生晶体表面凹坑区域的高灰度区域做膨胀、腐蚀形态学处理，进行降噪和特征增强，最
后，利用FindContours函数寻找图像外部轮廓，计算对刀轮廓最小外接圆，当对刀凹坑的最小外接圆像素半径达到预设阈值时，作为对刀成功标志。
[0032]进一步地，步骤5中对刀凹坑的最小外接圆像素半径阈值的确定方法为：根据扫描显微镜变倍环倍数，计算单个像素的代表长度的理论大小参数c，取晶体元件表面微缺陷自动对刀深度为0.5μm时，根据球头微铣刀的直径计算出对应对刀凹坑半径，进一步计算其对应的像素半径，即为对刀凹坑的最小外接圆的像素半径阈值。
[0033]相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.安装大口径KDP晶体，组装并调整修复显微镜系统与扫描显微镜系统，晶体修复机床系统各轴自动回零；步骤2.采用扫描显微镜系统对晶体口径外三点标定的方法，建立晶体待修复表面的拟合平面方程，基于所述拟合平面方程并考虑重力变形对对刀位置的影响，确定划分粗对刀阶段与精对刀阶段的关键点位置坐标；步骤3.确定粗对刀阶段进给参数，粗对刀阶段采用节点式渐进式进刀策略，通过修复显微镜系统采用“倒影法”计算出刀具距离晶体待修复表面的距离，在刀具处于不同节点之间时，采用不同的进给参数，实现快速进给对刀；步骤4.粗对刀阶段中通过修复显微镜系统辅助测距，对刀尖到晶体待修复表面运动过程的距离进行修正，增设安全判据，从而实现不同进给参数下的安全进给；步骤5.确定精对刀阶段的进给参数，采用恒定步距进给策略，对比每次进给前后扫描显微镜采集到的图像并进行处理，以视野中出现对刀凹坑作为对刀成功标志。2.根据权利要求1所述的基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，其特征在于，步骤1中所述的晶体修复机床包括扫描显微镜系统用于晶体表面缺陷点的快速搜寻和采集修复加工过程晶体对刀表面的实时图像信息、缺陷修复系统用于缺陷点的三轴联动加工去除、修复显微镜系统用于采集对刀图像信息并计算刀具距离晶体对刀表面的距离，对刀过程为刀具向上进给至晶体下表面的过程。3.根据权利要求2所述的基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，其特征在于，晶体修复机床采用的扫描显微镜为JAI的BM
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500GE型CCD，分辨率为2456
×
2058，最大帧速度可达15fps，像素尺寸为3.45μm
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3.45μm；采用的修复显微镜维视图像的MV
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VD200SC型工业CCD，分辨率为1600
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1200，最大帧速度可达12fps，其驱动程序可提供以WDMIAT3.0为接口的C++语言标准库函数。4.根据权利要求1所述的基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，其特征在于，步骤2中采用有限元仿真的方法获得晶体元件的重力变形。5.根据权利要求1所述的基于节点渐进式的大口径KDP晶体元件表面全域微缺陷修复用自动对刀工艺规划方法，其特征在于，步骤3中粗对刀阶段分为四个过程，粗对刀过程工艺规划具体为：3
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1选用500μm处为安全平面，基于节点式渐进进刀策略，当刀具距离待修复表面距离大于500μm时，以500μm/s的进给速度运动至500μm处...

【专利技术属性】
技术研发人员：程健，侯家锟，陈明君，赵林杰，武文强，刘启，王景贺，刘志超，王健，许乔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：