微锥塔阵列结构表面的3D检测模式及加工精度评价

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零部件表面被加工出微结构阵列可以产生新的功能,使系统性能更高。目前,评价微结构功能表面仅仅考虑微细程度和深宽比,所以无法完全揭示微结构功能表面特征。因此,采用金刚石砂轮微细尖端在硅芯片表面加工100-200μm尺度的微锥塔阵列,基于微空间检测点云的匹配技术提出微锥塔阵列结构表面的3D检测模式及加工精度的评价方法。在微空间检测点云的匹配中,构建了三种微锥塔阵列结构表面模型包括:网格模型、斜线轮廓模型和横线轮廓模型,并且针对50μm以下尺度的光滑微锥塔阵列表面提出了一种的自适应方向检测方法。首先分别采用#400、#600和#3000金刚石砂轮的微细尖端分别在硅芯片表面加工出微锥塔阵列结构表面。利用白光干涉仪检测经过微磨削的表面,发现#400和#600金刚石砂轮加工的工件呈现出不完整的和完整的两种微锥塔阵列结构表面。但是,#3000金刚石砂轮加工的微锥塔阵列结构表面比较光滑,较大部分的检测点丢失,所以提出基于检测角度的自适应检测方法。分析结果显示,在检测点云的匹配中随着匹配次数增加匹配后的平均形状误差逐渐减小,而且可以收敛到一个稳定值,即微结构加工的形状误差。在匹配中采用网格模型时,减小网格尺寸可以提高形状精度,但降低匹配效率。此外,微锥塔结构特征化的斜线和水平轮廓模型与网格模型进行对比分析表明,特征轮廓模型具有比网格模型更加高的匹配精度和匹配效率,而且,斜线轮廓模型的特征化轮廓精度最高。利用该评价模式发现,不完整和完整的微结构表面的平均形状误差分别为23.8μm和7.9μm,但是,其特征化轮廓误差分别为37.2μm和19.0tμm,其特征化顶点误差分别为51.2μm和34.1μm。这表明特征化轮廓和特征化点的误差远远大于加工的平均形状误差。在50μm高的微锥塔结构光滑表面的自适应检测中,该方法可以抑制白光干涉在陡峭面上产生的各种噪音点,极大地增加有效检测点,可以扑捉微锥结构轮廓。结果显示,微结构的形状误差为5.3μm,特征化轮廓误差为7.7μm,特征顶端误差为15.9μm。
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