一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法与流程

本发明涉及微结构阵列技术领域，特别是涉及一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法。

背景技术：

大深度、大面积微结构阵列的加工需要保证垂直于工件表面方向和平行于工件表面方向两个方向的加工精度，难以实现很好的控制。现有的加工方法主要有：

(1)利用五轴加工机床进行加工，因为五轴加工机床包含x轴、y轴、z轴、c轴和b轴，可以实现各种方向的控制，可以将工件置于b轴工作台上面，利用z轴控制阵列结构的间距，利用y轴控制微结构的形态以及深度；但利用五轴加工机床设备昂贵，并不能普遍的应用于多种场所，同时在上述加工过程中，因为换刀后误差不能消除，不能实现在深度方向上的高精度加工。

(2)采用四轴机床配合手动升降台的方式进行加工，这个加工分为两种方式：1)将工件置于c轴真空吸盘之上，利用升降台控制阵列间距，利用z轴控制加工深度，由于手动升降台精度不可控，因此阵列结构的间距精度不可控，加工存在问题；2)将工件置于b轴工作台之上，利用z轴控制阵列间距，利用升降台控制加工深度，利用升降台控制加工深度，高度不可控，加工误差较大。

现有的加工方法不能够实现对大深度、大面积微结构阵列的高质量的加工。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现在四轴机床上的高深度微结构阵列的高质量加工。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法，包括以下步骤：

(1)将工件固定在四轴加工机床的b轴升降台之上，将第一刀具安装在所述四轴加工机床的主轴飞刀杆上，并在所述工件侧面装夹一块定位块；

(2)利用所述第一刀具将所述工件的顶面以及所述定位块的顶面均加工成平面，且使所述工件的顶面与所述定位块的顶面在同一平面上；

(3)进行微结构阵列加工：拆下第一刀具，并在所述主轴飞刀杆上安装第二刀具，然后通过手动调节所述b轴升降台进行多次y轴方向的深度调节以对所述工件和所述定位块进行同步加工，将剩余的加工量控制在50微米以内；并保证所述工件和所述定位块的加工尺寸一致；

(4)将所述定位块取下，利用激光共聚焦显微镜对所述定位块进行测量，测得所述定位块上的沟槽的宽度d，并根据所述第二刀具的具体形状计算所述沟槽的深度h1，所述工件的设计加工深度为h，则此时剩余的加工深度h2为h-h1；

(5)借助纳米定位台控制所述b轴升降台进行y轴方向的深度调节，以完成剩余加工深度h2的加工；至此，实现了大深度、大面积微结构阵列的高质量的加工。

优选地，所述第一刀具为单晶金刚石圆弧车刀。

优选地，所述第二刀具为尖刀。

本发明基于在线测量的微结构阵列的加工方法相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明基于在线测量的微结构阵列的加工方法能够实现四轴机床下大深度、大面积的微结构阵列的高质量加工，并且减少了换刀后的精准对刀环节，提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明基于在线测量的微结构阵列的加工方法的加工流程图；

其中，1-b轴升降台，2-定位块，3-工件，4-第一刀具，5-第二刀具，6-纳米定位台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法，以解决现有技术存在的问题，实现在四轴机床上的高深度微结构阵列的高质量加工。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例基于在线测量的微结构阵列的加工方法，包括以下步骤：

(1)将工件3固定在四轴加工机床的b轴升降台1之上，将第一刀具4安装在四轴加工机床的主轴飞刀杆上，并在工件3侧面装夹一块定位块2，在本实施例中第一刀具4为单晶金刚石圆弧车刀；

(2)利用第一刀具4将工件3的顶面以及定位块2的顶面均加工成平面，且使工件3的顶面与定位块2的顶面在同一平面上；

(3)进行微结构阵列加工：拆下第一刀具4，并在主轴飞刀杆上安装第二刀具5，然后通过手动调节b轴升降台1进行多次y轴方向的深度调节以对工件3和定位块2进行同步加工，将剩余的加工量控制在50微米以内，并保证工件3和定位块2的加工尺寸一致；值得注意的是在此步骤中第二刀具5安装好后不需要精准对刀，可以直接对工件3和定位块2进行加工；在本实施例中第二刀具5为尖刀，在实际使用过程中，可以根据需要对第二刀具5的刀型进行合适的选择；

(4)将定位块2取下，利用激光共聚焦显微镜对定位块2进行测量，测得定位块2上的沟槽的宽度d，并根据第二刀具5的具体形状计算沟槽的深度h1，工件3的设计加工深度为h，则此时剩余的加工深度h2为h-h1；

(5)借助纳米定位台6控制b轴升降台1进行y轴方向的深度调节，以完成剩余加工深度h2的加工；至此，实现了大深度、大面积微结构阵列的高质量的加工。

本实施例基于在线测量的微结构阵列的加工方法能够实现四轴机床下大深度、大面积的微结构阵列的高质量加工，并且减少了换刀后的精准对刀环节，提高了加工效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于在线测量的微结构阵列的加工方法，包括以下步骤：(1)将工件和定位块固定在四轴加工机床的B轴升降台之上；(2)利用第一刀具将工件的顶面以及定位块的顶面均加工成平面；(3)进行微结构阵列加工，并将剩余的加工量控制在50微米以内；(4)将定位块取下，测得定位块上的沟槽的宽度d，计算沟槽的深度h1，并计算剩余的加工深度h2为H‑h1；(5)借助纳米定位台完成剩余加工深度h2的加工。本发明基于在线测量的微结构阵列的加工方法能够实现四轴机床下大深度、大面积的微结构阵列的高质量加工，并且减少了换刀后的精准对刀环节，提高了加工效率。

技术研发人员：周天丰;姜巍;阮本帅;仇天阳;颜培;梁志强;刘志兵;焦黎;解丽静;赵文祥;王西彬
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2019.06.13
技术公布日：2019.09.10