一种微结构阵列的高保真加工方法技术

本发明专利技术属于微结构阵列技术领域，具体为一种微结构阵列的高保真加工方法。本发明专利技术包括：微结构单元分组：根据微结构阵列的分布，将阵列适当分为若干组单元模块，在单元模块内对微结构单元进行顺序编号，并依次拓展至整个微结构阵列；微结构单元的顺序加工：根据微结构单元的尺寸，确定加工时的进给量以及加工总进给次数；根据材料特性和微结构轮廓，确定刀具轨迹的保形距离；依据微结构单元的编号进行顺序加工。本发明专利技术通过微结构单元分组进行分布式加工，解决材料在陡边处的变形问题；通过刀具的保形运动路径规划，解决刀具惯性的影响。本发明专利技术可以确保微结构的尖锐棱边和尖点的加工实现，从而确保微结构阵列高占比，提高微结构阵列的实际功效。

High fidelity processing method for micro structure array

The invention belongs to the technical field of micro structure array, in particular to a high fidelity processing method of a micro structure array. The present invention includes: micro structure unit groups: according to the distribution of micro structure array, the array will be appropriately divided into several groups of modules, sequence number of micro structure units in the unit, and then expand to the whole micro structure array; sequential processing of micro structural units: according to the micro structural unit size, determine the feed the amount of processing and processing of total feed number; according to the material properties and microstructure of contour, shape preserving distance determination tool path; sequential processing on micro structure unit number. The invention solves the problem of the deformation of the material at the steep edge through the grouping of the micro structure units, and solves the influence of the cutter inertia through the shape preserving path planning of the cutter. The invention can ensure the processing of the sharp edge and the sharp point of the micro structure, thereby ensuring the high proportion of the micro structure array and improving the actual effect of the micro structure array.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微结构阵列
，具体涉及一种微结构阵列的加工方法。
技术介绍
微结构广泛应用于各类光机电产品中，例如，微透/反射镜阵列，应用于集成成像或显示系统，光场相机，裸眼3D电视等，如图1所示。微结构阵列的广泛应用，必将涉及其加工及制造工艺，包括这些微结构阵列的模具的超精密加工。超精密加工微结构阵列的工艺有微端铣（MEM）、微凿切（MDC）、基于单点金刚石车削(SPDT)的快刀伺服加工(FTS)和慢刀伺服加工（STS）等。一般常用的加工方法，即基于单点金刚石的快刀伺服加工或慢刀伺服加工工艺，如图2所示。工件绕主轴旋转，金刚石刀具则沿工件回转的反方向，依次切削每个微结构单元，见图2(a)；同时，刀具一般要完全跟随微结构阵列的轮廓设计（可分步），没有延伸刀具轨迹，见图2(b)。因此，由于加工误差以及材料变形，微结构阵列加工过程中，常会出现一系列问题，例如陡边及尖锐特征被破坏或严重变形（如图3（a）所示）；同时，由于金刚石刀具的振动和惯性误差，也会导致尖锐特征被破坏（如图3(b)所示），使得所加工微结构阵列出现较大的误差，从而严重影响微结构阵列的最终性能。这使得精密微结构阵列的加工难度增大，从而也使制造成本增加。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提出一种加工难度低、保真度高的超精密微结构阵列的加工方法。本专利技术提出的超精密微结构阵列的加工方法，流程如图4所示，分两大部分及7个步骤，具体如下：I:微结构单元分组（1）首先，根据微结构阵列的分布特点，确定阵列单元的个数及排列，例如，微结构为4x4的阵列,见图4(a)；（2）将阵列适当分为若干组单元模块，在单元模块内对微结构单元进行顺序编号，例如，矩形区域微结构阵列，可按1,2,3,4进行编号,见图4(b)；（3）将步骤（2）中形成的单元模块，依次拓展至整个微结构阵列，使所有微结构单元均有编号，见图4(c)；II:微结构单元的顺序加工（4）根据微结构单元的尺寸，确定加工时的每次进给量以及加工总进给次数；（5）根据材料特性和微结构轮廓，确定刀具轨迹的保形距离。刀具轨迹的保形距离见图5所示。例如，铝合金材料的微结构加工，可采用0.05mm的保形距离；（6）依据微结构单元的编号，进行顺序加工。例如，首先进行加工编号为1的微结构单元，接着加工编号为2的微结构单元，依次类推，完成所有编号的微结构单元加工；（7）根据每次进给量和进给总次数，完成最终微结构阵列的加工。多次进给加工示意图见图6所示。本专利技术通过微结构单元分组，进行分布式加工，解决材料在陡边处的变形问题；通过刀具的保形运动路径规划，解决刀具惯性的影响。通过上述工艺，可以确保微结构的尖锐棱边和尖点的加工实现，从而确保微结构阵列高占比（有效工作面占整个工件表面的比例），提高微结构阵列的实际功效性能（比如微透镜阵列的成像质量）。附图说明图1为微结构阵列及应用。其中，(a)各种不同微结构阵列；（b）微结构阵列应用于集成成像及3D显示。图2为加工微结构阵列采用的一般工艺方法。其中，(a)沿周向（回转反方向）顺序切削每个微结构单元，(b)刀具轨迹跟随微结构设计轮廓。图3为现有微阵列加工问题图示。其中，（a）微结构阵列加工过程中出现的问题；(b)常规加工过程对尖锐特征的破坏示意图。图4为本专利技术微结构阵列的单元分组加工工艺示意图。图5为本专利技术采用保形刀具轨迹的微结构阵列加工。图6为本专利技术微结构阵列加工多次进给示意图。图7为本专利技术超精科金刚石加工微结构阵列图示。其中，(a)超精密加工过程；(b)加工的微结构阵列显微结构。具体实施方式微结构阵列的加工方法，可采用一般通用多轴（2轴及以上）精密及超精密机床实现。作为实例验证，使用一台五轴超精密金刚石加工机床(Nanoform700)，进行微镜阵列加工。设计的球面微结构口径为0.5mm，深度为0.1mm；切削加工参数为：主轴转速28rpm；金刚石刀具圆弧半径0.1mm；保形距离0.05mm。图7(a)是采用本专利技术加工方法进行微结构阵列的加工过程，图7（b）是加工完成的微结构阵列在显微镜下的图像。从图中可以看出，所加工的微结构的棱边及尖角非常清晰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微结构阵列的高保真加工方法，其特征在于，分两大部分7个步骤，具体如下：I:微结构单元分组（1）首先，根据微结构阵列的分布特点，确定阵列单元的个数及排列；（2）将阵列适当分为若干组单元模块，在单元模块内对微结构单元进行顺序编号；（3） 将步骤（2）中形成的单元模块，依次拓展至整个微结构阵列，使所有微结构单元均有编号；II: 微结构单元的顺序加工（4）根据微结构单元的尺寸，确定加工时的每次进给量以及加工总进给次数；（5）根据材料特性和微结构轮廓，确定刀具轨迹的保形距离；（6）依据微结构单元的编号，进行顺序加工，即首先进行加工编号为1的微结构单元，接着加工编号为2的微结构单元，依次类推，完成所有编号的微结构单元加工；（7）根据每次进给量和进给总次数，完成最终微结构阵列的加工。

【技术特征摘要】
1.一种微结构阵列的高保真加工方法，其特征在于，分两大部分7个步骤，具体如下：I:微结构单元分组（1）首先，根据微结构阵列的分布特点，确定阵列单元的个数及排列；（2）将阵列适当分为若干组单元模块，在单元模块内对微结构单元进行顺序编号；（3）将步骤（2）中形成的单元模块，依次拓展至整个微结构阵列，使所有微结构单元均有编号；II:微结构单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令豹，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31