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生产垂直轴线性化的新方法标准(可行性研究)
Engineering 工程Science及技术 ,AN国际日志 Journal 19( 2016 )1993-2001FullLength 长度Article 文章( 1 ) 生产 垂直 轴 线性 化 的 新 方法 标准 ( 可行 性 研究 )( Manufacturing of new roughness standards for the linearity of thevertical axis )Optimization 优化Matthias蛋A A,⇑,Frank Schneider B,jorg第 七 回A A,Benjamin KIRSH B,Jan C . Aurich 。BA AInstitute for Measurement and Sensor-Technology , Department of Mechanical and Process Engineering , 德国 凯泽斯劳滕 大学 , 戈特 利 布 - 戴姆勒 大街 , 凯泽斯劳滕D - 67663 ,GermanyB制造 技术 与 生产 系统 研究 所 , 机械 与 过程 工程 系 , 凯泽斯劳滕 大学地址 : Gottlieb-Daimler - Strasse , Kaiserslautern D 67663 GermanyA R T I C L EIN F O ;Article 文章History :2 月 22 日 收到20166 月 24 日 修订2016已 接受 6 月 24 日20167 月 7 日 online2016Keywords:测量标准校准1 . 高 Axis 线性 测量uncertainty 不 确定 性A AB S T R A A C T为了 提供 一 个 替代 的 stylus 仪器 校准 , 这 是 通常 被 实施 的 基于 步骤 height 标准 , 一 个 新 的 计量标 准 几 何 学 的 校 准 linearity 线 性 及 研 究 research on its Manufacturing 制 造 is 需 要 。 for TheManufacturing 制造of These 这些geometric 的mea - 计量 标准 , 根据 计量 标准 的 类型 , 广泛 的 范围 -编制过程that CAN be应用 。 NEW Measurement Standards 标准for The Roughness 的Calibration 的我们在 凯泽斯劳滕 大学 开发 了 超 精密 加工 过程 , 为 制造 业 提供 了 选择 。本文介绍了在选择制造过程中的可行性研究。调查目的是提供标准的发展和对制造校准标准的超精密转换过程的资格。考试 什么已 完成 的 IN令两个 Characterize 特 性 The 影 响力 of Different 不 同 进 程 parameters 参 数 on The quality of TheManufacturing Roughness 制造Standard 。© 2016年Karabuk大学Publishing services by Elsevier B . V. This is an open access article under the . 这 是 一 个 开放 获取 文章ccBY-NC - ND 许可 证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).1. Introduction介绍在今天的工业中,测量仪器的地形提供了高精度的轮廓。首先,要对具有不同测量值的设备进行适当的校准,这是非常重要的。作为一个标准,统计分布良好,作为明确的微结构是适用于卡—ibration的目的。精密工程技术的一个趋势是应用更确定性的表面处理,即Riblet结构。[1]。对于粗略校准,通常使用具有测量设备的人造结构。不同的制造工艺可以采用制造测量标准。In addition to chemical processes asfor example the wet etching process used除了化学过程作为分析用编辑|删除一个Surface Texture Standard的三重性分级〔2〕机械过程如切割,如abra——使用 et al. used lapping [ 3 ]制造 地区 性 标准 。结 果参 数resulting roughness parametersof The standard aremainly 主要Depending 依赖on The Size of◎ ◎ Corresponding 相关作者 |Email address :meifler@mv.uni-kl.de( M 。 ( 铁 ) 。peerReview 评论Under Responsibility 责任of Karabuk 的大学 .The Used Grains。制造 纳米 加工 标准used for the calibration ofatomic force microscopes , Gatzen 等人 。A A nano-grinding 介绍进程” ( 4 )。 the结果prove The 2013 年 12 月 21 日@上午 11时 40 分 applica-bility of the nano-grinding with an averageroughness of 21 nm 的为了更接近应用,基于工程测量的确定性测量标准的使用是合理的,因为统计面不代表实际测量任务的特征。关键 词 : 超 精密 制造方法 论 超 精密 制造 方法 作为 必要 条件Requirements 的for ThePrecision of Calibration 截 图 及 Measuring 的 关 于- cesses areConstantly 经常increasing 。 This is valid for Surface在一般 , 但更多 的 是 关于 几何 测量 斯坦 的 表面 - Dards 。作为一个结果,制造过程可以满足产生定义的微结构的需求逐渐增加,几乎不需要制造标准。超精密切割工艺可用于制造定义的结构,可用于制造最大的可制造材料数量和可能几何形状的最大多样性”(5)。Nemoto开发并制造了一个地区标准,使用钻石球的末端。”[6]。 IT何 为加速 器thatTurning 系列is A A Suitable 问题method 方法for The gen - erationof measurement standards with a defined profile ( 符合 已 定义 的设定 档 )” ( 7 )。由于 制造 过程 的 成本 高 到 生产 力标准 、mainly 主要The Socalled Master standard ishttp://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.06.0092215 - 0986/©2016 Karabuk 的大学 . Publishing Services 服务By Elsevier B . V 。This is an open access article under the CC BY-NC - ND license ( CC BY-NC - ND 许可 下 的 开放 获取 文章 )(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).Contents lists available 可 提供ScienceDirect 的Engineering Science andTechnology , 国际日志 JournalJournal日志主页:www.elsevier.com/locate/jestch1994m . 蛋et艾尔 /Engineering 工程Science及技术 ,AN国际日志 Journal 19( 2016 )1993-2001produced 生产 性及重复 的在A A replication进程 | there 那里arediffer - ent 方法 复制 Micro 和 nano 表面梁 咏琪 - Tries” [ 8 ]。《 Leach 研究 的 高效 电子 成型 过程 的 发展 》” ( 9 )。在ISO 25178—600(see e.g.)中[1011]【1011】)series,thetopic of height axis calibration is addressed. ( 问 题解 决 了 。ISO25178—600目前仍在准备中,因此被称为计量特性。不只是线性开发被命名,而是作为扩大效率的决定,地形图的灵活性被提议在”[12]《 Flatness , Noise and the Topographic Spatial Resolution 》(Flatness,Noise and the Topographic Spatial Resolution)[1011]【1011】). ISO 25178—601中给出的特定指南—线可用于不同的测量原则:例如,对于苯乙烯仪器有定义[10] ISO 25178—603中的相位偏移 干 涉 仪 [11] 。 Accord—ing calibration strategies for OpticalTopography measurement devices关注计量特性的评估方法”(13—15)As well as an according set of measurement stan(Dards)——”(16)。2013年12月21日@下午12时26分A New York Journal ofthe New York Times(z xis)在本文中已包含的研究中。《TheCalibration of the 》 z安讯 士通 常与 step height标准 一起 使用 。”(14)。10 . One Aim Of The 一 个z 1 . Calibration is the detectionof linearity errors 线性 误差 的 检测” ( 14 )。考 虑 TheMetrological的 characteristics特 性 [10,11]【 10,11 】,The linear - -发展和扩大效率是研究的重要工具。对于线性错误的检测,有几个国际标准可以用于校准商用轴的测量标准。其中 包括 2D step heightstandard , type A of ISO 5436 - 1 。” ( 17 )以及 在 ISO 25178 -70 中 定义 的 不同 3D 步骤 height 标准” [ 18 ]。所有这些标准都有共同的特点,即只有离散的步骤值才能代表性地被用来校准每一个轴。因此,测量范围的一小部分被寻址为—cretemeasuring values because only pre—fabricated结构被使用。另一个问题是测量结果的步骤height differs在压电范围内的例子”[19]。实现更精确的测量结果,需要校准总的测量范围The Entire MeasurementRange”[19]。通常 , 它 不 适合 使用 校准 的 一 步 height 标准 ,instead many different step height values are required” ( 20 )。为了提高校准质量,一个多步骤的标准是在PTB(德国联邦物理技术 研 究 所 ) 的 项 目 中 开 发 的 KalWint 。 [21] 。 This mea discussstandard has the characteristic of multiple steps in ( 2011 年 标准 )The微 -as well as The Macro 模型及Thus allows 的A A反Calibra -tion ( 可选 ) of The Measurement range than MeasurementStandards 标准一 个 或 几 个 步骤” ( 22 )。进一步的改进将是对无限值的认可,而且还包括不平衡的值。一个健全的方法是由步骤height标准的使用顺序提出的,以克服给定的限制。因此,一个基于模型的方法生成的测量标准,该方法显示了Abbott曲线的某些特征,并且在此之前允许对height axis进行持续不断的校准,其中仅限于执行采样的空间分辨率。The Abbott-curve representsthe height distribution of a given pro - file 其它 优惠/消息及is ThusA A Suitable 问题tool for The height Axis calibration 。 Within thispaper , an investigation of the general feasibility of an ultra -precision turning process for the purpose of manufacturing suchnew 在 本文 中 , 对 一 个 超 精密 加工 过程 的 一般 可行 性 进行 调查 。开发 的deterministic 决定 性 的Roughness 的Standards 标准isperformed 。2. thedesign办法of The经 考试linearity 线性standard德国凯泽斯劳滕大学:制定了测量标准设计的新方法”(23)。一般的想法是改变真实的,测量的表面,他们可以被用作一个测量标准”(23)。这意味着,校准可以在一个非常实用的人,没有艺术,虚构的结构被使用。”(23)。这一方案是对经常使用人工方法的现行战略的改进—与后来的实施测量任务无关。标准的设计是由一个基于模型的程序决定的,其中的说明Fig.1。雅培—曲线的配置文件是确定的,并转化为一种方式,所需的字符的校准是。 通过制造,测量,过滤和参数计算过程,不同的物理效应。例如 : The geometry ofThe tool及Thestylus TIP Have AN Effect on The经 考试Profile 简介And It Roughness 的parameters 。因此,一个实体的虚拟过程链是为了考虑这些影响而模拟的。这包括一个制造过程的虚拟模型,该模型计算了工具的几何形状对表面的影响,测量过程,其中考虑了螺纹和评估的形态过滤。The modelling ofthe manufacturing process is discussed in depth in Section 制造 过程 的 建模 在 第 二 节 中 讨论3.1。After the application of thevirtual signal chain , a new profile is obtained that is checkedregarding a 在 应用 虚拟 信号 链 之后 , 新 的 配置 文件 已 通过 检查给予Fig. 1。Design approach for the measurement 设计 方法Standard 。x↓Þ。 ΣDn-1m. 蛋et艾尔 /Engineering 工程Science及技术 ,AN国际日志 Journal 19( 2016 )1993-20011995termination条件。一个迭代的方法是选择:当终端条件满足时,控制数据集对于人—预期的过程标准是结果。其他 - 明智 的 , 转换 已 被执行Again 。所用测量标准的几何学是基于一个线性雅培曲线的成像”(23)。The measurement data of a rough surface is transformed towardsthis linear Abbott curve.一个粗略表面的测量数据是变换的结果。Thecorresponding transformation is introduced in the 世界 正 发生 着变化Follow 。theAbbott-curve 的 is Mathematically 数 学 defined By PlottingTheheight!CofA AProfile 简介asA AFunctionofTheassociated 相关材料比例再一次,把转变放在一起。对于每一个单独的点的终止条件的检查—曲线和目标之间的确定,并且此开发已完成。residuum的E CANbeprovided , which is the maximum average difference for everysingle . ( 单身 时 最 大 平均 差异 )Profile 简介point 。 This Leads两 个A A total余ofnres ◎J C J;act-C J;tar J z↓x JÞSuring位置As a cutoff-wavelength of ( 英语 : As a cutoff-wavelength of )K◎ 0:8 毫米 Should beniJtheSummation of ni 决 计 The height index of The profilepoint ,corresponding to the number of profile that have abigger 相关 的 数据height value than z↓x JÞ. This index is used两 个卡路里比例 Ratio 两 个The total Number of Profile 简介Points 的 。 在The actual Transforma-tion ( 变换 )this比例isMultiple 系列with The幅度of The Profile ,Lead-ing 的两 个A Astraight 直接Line Abbott-curve 。 the结果are The转换 值!zt◎↓zt↓xJÞ Þ;J◎1;2;。 。 。 ;n:↓6ÞAs Shown In表演Fig.1“新方法的严格性是制造和采样过程中物理效应的潜在影响(参考作为信号链)。转换 后 的 专业 - 文件 必须 了解所 描述 的 虚拟 信号 链 , 以便 在 转换 后 考虑 这些 效果TheProfile 简介!zsx。因为线性雅培曲线的两个条件都必须作为制造功能得到保证,迭代必须有一个。As illustrated , after the virtual process chain thenew profile is checked the given termination condition , and , if( 在 虚拟 过程 之后 , 新 的 配置 文件 已 被 核实 , 是否 存在 )neces -使用 ,this characteristic 特性is模拟 器两 个常规Roughness 的斯坦 -Dards(见e.g.)”(24)).每一份报告均以每一份标准的4毫米评估区域为基准。To perform the evaluation of the measurement results aleast—squares fit of the measured Abbott—curve is applied.执行测量 结 果 的 最 小 平 方 英 尺 的 评 估 。 The deviation to the nominalabbott—curve is plot—ted versus the height of the profile andcertain non—linearities of the profiles(n)的定义与描述的比例和对非线性的比例。z—axis can be located and quantified quickly.(我们可以定位并量化快速。所设计标准的评估和校准策略在较晚的时候被讨论。基于这些要求,机器工具的控制数据集计算在迭代的基础上。thiscon - trol dataset is the result of the iteration shown in 这个 数据 集是 迭代 的 结果Fig.1 defines the 定义geometry 的of The standard两个be制造 。3. experimental 实验 性setup3.1. 3 、 几何 图形 的 尺寸 考虑 制造 业 的 尺寸进程forThe Manufacturing 制造of The introduced 的Roughness 的标准 ,一 个 超 精密 转换 过程 使用 单晶 金刚 石 工具何 为chosen 。 for The Dimensions 规模of The geometric 的Features特点z t ↓ x JÞ¼-C1996m . 蛋et艾尔 /Engineering 工程Science及技术 ,AN国际日志 Journal 19( 2016 )1993-2001Fig. 2。线性 化 标准 , 改造 和 关联 之前 和 之后 的 简介Abbott-curves 。ofThe Measurement standard及The欲望Control 控制数据 集该 工具 的 几何 形状 是 已知 的 。In other investigations it has 其他 研究Been SHOWN that The Measurement of The micro形状of工具可以 有 不同 的 测量 原则 , 见 e.g.[ 21 ]。The measurement 的进程of The tool is as well uncertain 。 一 个 One注 : 本 标准 适用于 对 A 类 有限 公司 的 确定 性 的 评估 。Pixel . the办法在Fig. 3is chosse for A A More精确概念 - tion of The Manufacturing 制造Effects :The tool 的geometry 的is用 模糊 的 显微 镜 测量 。一 个客观 的 提供 者Measure -mentdatawithA A多边discretization 分离distance 距离of0:625lmisused 。when 时 绩 效 A A distance 距 离 Measurement of 两 个Points ,总的不确定性是增加到近似的像素大小的价值与统一分布。第 一 季第 13 集 Therefore the Chamfer width B Can be characterized 可以 描述To :B◎↓10:0 0:62 5Þlm:↓8Þthe第 二parameter 参数of The tool 的geometry 的is its cornerAngle E which is determined 什么 时候 决定AS :Fig. 3。 3 、 从 工具 中 获取 效果 的 考虑geometry 。E◎↓57:71:7Þ·:↓9Þ数 据 来 源 : With the obtained measurement data , theactual geometry of thetool CAN be modelled及考虑within 其中The virtual信号 链 的 制造 过程 ( The Facturing Process of theSignal Chain )Fig. 1).The measured geometry of the tool is implemented in the pro- file with the aid of a morphological filter according to ISO 工具的 测量 几何 学 已 在 pro - file 中 实现16610 - 41 [ 2019 - 11 - 2516 : 01 : 25 ] · 成都。 the ◎ 片 名 Virtual Manufacturing 制造进程step is integrated into the algorithm for calculation of thedataset . 集成 到 数据 集 的 算法 中 。工具 的 形状 The Tool 'sShapeis The结构Element of The filter 。 A详细Description of 描述 The Manufacturing 制造进 程 is 给予在 章3.2. the manufac -tured ( 图灵 )Roughness 的standard is Measured 的两 个考试The 是 否 符 合 目 标 数 据 ? 上 一 篇 : An Overview of theInterdependenciesBetweenThetool的 geometry的 及 TheModeling of The manufactur-ing process 是 given in 过 程 Fig.3。3.2. Manufacturing进程美国习惯用语—one company of the world(Fig. 4).因此,基于虚拟数据集的CNC代码的超高精度最高MTC 250(LT—Ultra)用于实现必要的小插补步骤,在纳米级中具有高灵敏度和高运动。作品 名称 :The Workpiece Was Clamped On The Air BearingSpindle |在一个前期的加工过程中,工作的部分已加工成必要的平坦表面。Therefore a monocrystalline diamond ( MCD ) tool brazed on acemented carbide substrate ( Tool 1 ) with a large corner radius( 英 语 : Therefore a 单晶 金刚 石 工具 )rEUsed to achieve asmall kine - matic roughness 是 什么 意思 ?对于制造标准的微观结构采用一种MCD工具(工具2)与一个特殊的TIP几何形状。Thenominal tool geometries of the two tools 已 列 出 Table 1 。 Thedetermination of the actual geometry of tool 2 was described inSection ( 工具 的 实际 几何 形状 2 )3.1。这个 实际 的 几何 形状 是在 测量 的 设计 过程 中 考虑 的Standard 。3.3. Measurement and Evaluation 的进程一 个 战 术 测 量 装 置 ( Hommel T 8000 ) 是 用 于TheExamination 考试n。 Astylus TIPwithA A收音 机of5lm及ANAngleB@pJ—JmsKfit Kn2↓K; tarms; KÞ◎;m. 蛋et艾尔 /Engineering 工程Science及技术 ,AN国际日志 Journal 19( 2016 )1993-20011997Fig. 4。 experimental 实验 性setup 。Table1工具 几何 ( Tool geometry , nominal )价值 观 。toolgeometry 的tool1RakeAngle C0 °Lated。拟合线与测量数据之间的差异是计算出了点并且已经达到了线性确定值ld。With The Measured 的 评论profile :0zms;11Clearance 介绍Angle A A10 °Corner收音 机r50 mm!zms◎。。。zms;nCA;↓1 0Þtool2RakeAngle C0 °Clearance 介绍Angle A A10 °CornerAngle E55 °TheMeasured 的Abbott-curve 的is确定 的 ,where 哪儿Cms;KTheK- TH最 大valueof!zm s:Presents介绍chamfer :width B10lm或 90什么 used 。更远,一个流浪的速度0:5毫米=什么是applied!Cms◎。Cms;KΣ;K◎1;2;.. 。 ;n;↓1 1Þ先生ms◎先生msK;先生msK◎ K-1; K ◎ 1; 2;.. 。; n:↓12朋友◦!作为 测量 标准 , 它 专门 为The。;Σn-1APPLIE 应用TIP GENTRY ,故称可能 的Changes of The TIP形状Mightb
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