超精密研磨和抛光专家系统的研究

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1、超精密研磨和抛光专家系统的研究杨洁1，戴勇2摘要：针对超精密研磨和抛光加工过程中出现的问题，设计出指导研磨和抛光加工过程的专家系统。该系统不仅能根据待加工材料的名称、性能以及加工后所达到的精度要求等输入参量，运用已有的工艺数据库自动给出加工工艺的参数，而且具有较强的状态监控能力，能自动控制研磨和抛光加工的过程。关键词：超精密研磨；抛光；专家系统；精密研磨；研磨抛光中图分类号：TG356．28   文献标识码：A 0引言   超精密研磨和抛光技术采用“进化”加工原理，可获得很高的精度和接近几何学形

2、状的超光滑完美表面，在现代材料加工中有着很广泛的应用。随着材料科学技术的发展，新材料在各种元器件中得到了越来越广泛的应用，人们对加工精度的要求也越来越高。为了获得电子、光学、计算机元件的高性能，制造大规模集成电路的硅片、水晶振子基片、铌酸锂基片、钽酸锂基片等晶体基片，不仅要求材料有极小的不平度、极小的表面粗糙度、超平滑的表面，还要求材料两端面严格平行、无晶向误差、表面无变质层等，有的甚至要求达到纳米级或更高的加工精度和无损伤的表面加工质量。因此，这些元件基片的最终加工均采用超精密平面研磨和抛光技

3、术。  经过数十年的发展．现在超精密研磨和抛光技术已不仅仅是一种孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而成为一项包含内容极其广泛的系统工程。它不仅需要超精密的设备和工具、超稳定的环境条件，还需要有经验的工人和熟练的加工技术。只有将各个领域的技术成就集结起来，才有可能达到材料加工的高要求。现在，针对对高技术水平的工人过于依赖这个问题，本文对超精密研磨和抛光专家系统进行了研究。 1超精密研磨和抛光的基本原理   超精密研磨和抛光技术是特别指选用粒径只有几纳米的研磨微粉作为研磨磨料，用注入磨料的研具来去除微

4、量的工件材料以达到高级几何精度（优于0.1μm）和优良表面粗糙度（Ra≤0.01μm）的方法，它可以实现镜面加工和高精度加工。其技术目标主要有两类，一类是为降低表面粗糙度或提高尺寸精度，另一类是为实现功能材料元件的功能，要求解决与高精度相匹配的表面粗糙度和极小的变质层问题3。 2专家系统   随着人工智能技术和传感器技术的发展，智能化成为研磨和抛光的一个重要的研究方向，由计算机取代或延伸加工过程中人的部分脑力劳动，实现加工过程中的决策、监测与控制的自动化。专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序

5、，它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因此，专家系统必须包含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际的问题4。  专家系统的第一个重要组成部分是知识库，用于储存从专家那里得到的专门知识；第二个重要组成部分是推理机，它具有推理的能力，能够根据知识导出结论。专家系统基本构成见图1。其工作过程可以描述为：系统根据用户要求输人信息，在控制策略的指导下，运用专家知识进行逻辑推理，对原始数据进行合理的处理，选择适当的模型进行推算，对定量计

6、算结果加以评价、调整和解释，得到最终相应的答案。并且在系统运行过程中．还可以通过案例不断总结经验，丰富系统专家知识，提高系统的实用性和可靠性5。               图1专家系统基本构成 ·1.杨洁（1981-），女，江苏镇江人，硕士研究生。南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016·2.浙江工业大学机电学院，浙江杭州310032·3.袁巨龙．功能陶瓷的超精密加工技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.·4.康师友．人工智能技术导论［M］．西安．西安电子科技大学出版社，2

7、000.·5.王申康．专家系统的结构和应用［M］，杭州：浙江大学出版社，1994.3超精密研磨与抛光技术的专家系统   近年来，通过对研磨过程和研磨机理认识的不断深人，我们已经积累了大量可靠的工艺实验数据，可以建立有实用价值的知识库与数据库，再利用有关加工过程的先验知识和模型．进一步建立专家系统，指导实际加工，向研磨和抛光的智能化控制方向发展。加工系统的整体结构见图2。图2加工系统的整体结构示意图   专家系统由总数据库、产生式规则和控制策略3部分组成，它们的关系见图3。            

8、     圈3专家系统的组成 3.1总数据库的建立  总数据库是本专家系统的最主要组成部分。到目前为止，国内还没有关于超精密研磨和抛光专家系统有关知识的现成资料，只有通过大量的实验获取数据，然后应用数理统计的方法对实验数据进行综合分析、归纳整理，得出超精密研磨和抛光的工艺参数与表面粗糙度之间的经验关系作为加工的依据。  超精密研磨按加工方式可以分为单面研磨和双面研磨，按驱动方式可以分为手动、机械驱动；按加工的运动方式可分为旋转和往复摆动。  影响超精密研磨与抛光的工艺参数包含很多内容，表1列出了