面向微结构制造具有力反馈控制的微探针刻划加工方法

摘要

面向微结构制造具有力反馈控制的微探针刻划加工方法。本发明属于微纳结构加工技术领域。本发明可以实现低成本、高精度、微米尺度沟槽等复杂微结构的加工。方法是：先将工件放置于X-Y向精密工作台上，根据所设定的力初值，简称设定值，使微探针刀具自动逼近工件表面并维持一个恒定的力F，该恒定的力F的初值为5-20mN，当微探针刀具与工件表面接触后，开始刻划加工，启动力闭环控制模块，Z向微动工作台上下移动，实现垂直力的实时闭环控制，X-Y向精密工作台带动工件做精密移动，实现微沟槽结构的加工；微沟槽结构加工好后，力闭环控制结束，微探针刀具由Z向粗动工作台带动向上移动脱离工件表面，加工结束。本发明用于加工工件的微沟槽结构。

主权项

一种面向微结构制造具有力反馈控制的微探针刻划加工方法，其特征是：所述的加工方法由下述步骤实现：步骤一：微探针刀具的自动逼近聚合物聚碳酸酯材料工件表面过程；先将聚合物聚碳酸酯材料工件放置于X‑Y向精密工作台上，根据所设定的力初值，简称设定值，使微探针刀具自动逼近聚合物聚碳酸酯材料工件表面并维持一个恒定的力F，该恒定的力F的初值为5‑20mN，具体逼近聚合物聚碳酸酯材料工件表面过程如下：开始，Z向粗动工作台先向下移动的距离A=5‑18μm，然后压电陶瓷驱动Z向微动工作台向下移动的距离B=6‑20μm，在Z向微动工作台移动过程中检测力传感器的值，如果达到设定值，则认为微探针刀具与聚合物聚碳酸酯材料工件表面接触；如果没有达到设定值，则Z向微动工作台向上回至零位，之后，Z向粗动工作台向下继续移动5‑18μm，重复上述过程，直至实现微探针刀具与聚合物聚碳酸酯材料工件表面的接触；执行过程中必须保证A<B，以保证在Z向粗动工作台向下移动A后，Z向微动工作台具有足够的空间B探测聚合物聚碳酸酯材料工件表面，A值越小，自动逼近过程越慢，A值越大，自动逼近过程越快，B根据A值确定，满足A<B即可；步骤二：恒力条件下的刻划加工；当微探针刀具与聚合物聚碳酸酯材料工件表面接触后，开始刻划加工，启动力闭环控制模块，Z向微动工作台上下移动，设置比例增益Kp=18000、积分增益Ki=36500，实现垂直力的实时闭环控制，垂直方向力的范围为15‑500mN，同时，X‑Y向精密工作台带动聚合物聚碳酸酯材料工件做精密移动，实现聚合物聚碳酸酯材料工件微沟槽结构的加工，加工的微沟槽长度为1‑6mm，微沟槽深度为：0.5‑5μm，移动速度为0.01‑0.1mm/s；步骤三：加工完成退刀过程；微沟槽结构加工好后，力闭环控制结束，微探针刀具由Z向粗动工作台带动以25mm/s的速度向上移动脱离聚合物聚碳酸酯材料工件表面，加工结束。