一种功能微结构光学元件的快速成形方法和系统技术方案

本发明专利技术属于微结构透镜制造技术领域，并公开了一种功能微结构光学元件的快速成形方法和系统，成形方法包括：规划慢刀伺服车削加工技术的刀具路径；利用超声振动辅助切削振幅雕刻技术和慢刀伺服车削加工技术加工出透镜模具，其中，利用慢刀伺服车削加工技术车削时，刀具沿螺旋线按刀具路径进行车削；基于椭圆振动切削技术，在透镜模具上加工出微透镜阵列，得到光学元件模具；将光学元件模具进行微结构模压加工，从而得到微结构光学元件。本发明专利技术能极大提高微结构光学元件加工效率，且能避免加工时的刀具磨损。时的刀具磨损。时的刀具磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种功能微结构光学元件的快速成形方法和系统


[0001]本专利技术属于微结构透镜制造
，更具体地，涉及一种功能微结构光学元件的快速成形方法和系统。

技术介绍

[0002]具有微结构的器件表面也被称为功能表面、纹理化表面，与相同材料的光滑表面相比，具有微结构的表面在物理、生物、工程等领域具有许多卓越的性能，近些年微结构表面已被应用于许多先进领域，如电子、信息技术、光学和生物医学等。
[0003]现有的功能微结构表面通常通过以下几种方式成形：通过自下而上的增材制造形成，但是该种加工方式通常只是随机生产成出微结构的尺寸、方向和分布，在这种自发过程中难以灵活地调整所创建的微结构的特征尺寸，导致表面特性难以控制；通过化学蚀刻方式成形，但是化学蚀刻通常局限于特定的材料，适用性较低；通过激光辅助加工成形，虽然激光辅助加工具有较高的效率，可用于高硬度、低塑性的难加工材料，然而激光对加工区域附近材料的影响机制尚未得到完全阐明，同时激光带来的高温可能会造成带来不可逆转的表面及亚表面损伤；通过摩擦磨损获得的自成型表面外形则受到硬化区域的限制，且目前相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，所述成形方法包括：S1、规划慢刀伺服车削加工的刀具路径；S2、结合超声振动辅助切削振幅雕刻技术和慢刀伺服车削加工技术加工出透镜模具，其中，利用所述慢刀伺服车削加工技术车削时，刀具沿螺旋线按所述刀具路径进行车削；S3、基于椭圆振动切削技术，在所述透镜模具上加工出微透镜阵列，得到光学元件模具；S4、将所述光学元件模具进行微结构模压加工，从而得到所述微结构光学元件。2.如权利要求1所述的一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，步骤S1中，所述刀具路径的规划方法包括：S101、确定刀具路径的初始极半径ρ0和刀具进给量feed，从而得到确定的螺旋线轨迹；S102、将所述螺旋线划分为若干个等弧长S；S103、利用所述等弧长S，获取所述螺旋线轨迹上每个点的极半径ρ和前一个点到下一个点之间转动的步进角
△
θ；S104、利用所述极半径ρ和所述步进角
△
θ计算出每个点的横坐标和纵坐标，从而得到所述刀具路径。3.如权利要求2所述的一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，步骤S103中，所述极半径满足关系式：其中，feed为螺旋线中一圈的进给量，ρ0为初始极半径，
△
θ＝θ2‑
θ1,θ1为当前点的起始角度，θ2为当前点的停止角度，
△
θ为刀具沿螺旋线的前一个点转动到下一个点时的步进角；优选的，步骤S104中，所述横坐标值为：x＝ρcosθ1，所述纵坐标值为：y＝ρsinθ1。4.如权利要求3所述的一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，当
△
θ大于预设角速度时，步骤S103中，将所述关系式中的
△
θ取为固定值，并利用所述固定值计算剩余所述螺旋线轨迹上每个点的极半径ρ。5.如权利要求3所述的一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，所述螺旋线上相邻两点之间刀具的加速度不大于预设加速度；优选的，所述预设加速度的值为0.5rad/s2。6.如权利要求1所述的一种功能微结构光学元件的快速成形方法，其特征在于，利用超声振动辅助切削振幅雕刻技术切削时，按照预设的恒定线速度进行切削；优选的，所述恒定线速度满足：其中，V为恒线速度，v为超声振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，李欣欢，许剑锋，余泳静，付宇帆，沈少金，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：