利用三棱锥微探针轨迹运动加工微结构的装置及方法

摘要

本发明公开了一种利用三棱锥微探针轨迹运动加工微结构的装置及方法。所述装置由支座、z向粗动定位台、三维压电位移台、三棱锥微探针、光学显微镜、二维调平台和二维工作台构成，其中：二维工作台固定在支座上，二维调平台固定在二维工作台，三棱锥微探针位于二维调平台上方并与三维压电位移台刚性连接，三维压电位移台与z向粗动定位台连接，光学显微镜固定在支座上，用于观测三棱锥微探针与金属样品间的距离。本发明通过采用几何非对称的三棱锥探针进行圆周公转轨迹运动，可以使得在每一次的旋转切削中刀具的前角不断变化，控制确定的进给方向进行加工，能够在金属样品表面加工得到毛刺较小的微结构。

主权项

利用三棱锥微探针轨迹运动加工微结构的装置加工微结构的方法，所述装置由支座、z向粗动定位台、三维压电位移台、三棱锥微探针、光学显微镜、二维调平台和二维工作台构成，其中：二维工作台固定在支座上，二维调平台固定在二维工作台，三棱锥微探针位于二维调平台上方并与三维压电位移台刚性连接，三维压电位移台与z向粗动定位台连接，光学显微镜固定在支座上，用于观测三棱锥微探针与金属样品间的距离，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一、三维压电位移台带动三棱锥探针旋转运动：选取三维压电位移台作为加工的驱动元件，将三棱锥探针连接在三维压电位移台上，组成刀具运动模块；通过对三维压电位移台的水平轴施加两路异相的正弦激励信号，使得每个水平轴做往复简谐运动，而两个轴的合运动使得三维压电位移台在水平面内做圆周公转，从而带动三棱锥探针运动；通过对三维压电位移台的竖直轴施加阶跃信号，使得三维压电位移台在竖直方向上来回伸缩；步骤二、三棱锥探针与金属样品表面的接触：采用z向粗动位移台带动刀具运动模块向金属样品表面粗逼近，通过光学显微镜观察三棱锥探针与金属样品间的距离，当三棱锥探针‑金属样品间的距离达到三维压电位移台的伸缩范围内时，改用三维压电位移台的z轴伸长带动三棱锥探针微逼近金属样品表面，从而完成三棱锥探针与金属样品的接触；步骤三、三棱锥探针朝向与二维工作台进给方向的确定：用三棱锥探针对金属样品进行压印，在金属样品表面留下三角形的压痕，随后二维工作台移动一定的距离，用同样的方式在金属样品表面做压印；在光学显微镜下观察两个位置的压痕，确定三棱锥探针相对于二维工作台运动方向的朝向；步骤四、金属样品表面的调平：采用二维调平台沿水平二维方向调整金属样品表面，使得在不同位置三棱锥探针‑金属样品接触时，三维压电位移台的伸缩量一致，从而保证金属样品表面的水平；步骤五、配合二维工作台进给运动加工微结构：待旋转的三棱锥探针与金属样品接触后，让三维压电位移台向下伸缩来达到预定的加工深度，此时控制二维工作台带动金属样品运动开始加工微结构。