[發(fā)明專利]一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011198005.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN112372036B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛勃;歷波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23C3/00
• 分類號(hào): B23C3/00;B23C9/00;B23Q1/62;B23Q3/00;B23Q5/34
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法，所述加工方法采用直角三坐標(biāo)加工平臺(tái)進(jìn)行加工，所述直角三坐標(biāo)加工平臺(tái)包括位于上方的豎直Z向精密平移臺(tái)以及位于下方的水平X向精密平移臺(tái)和水平Y(jié)向精密平移臺(tái)，所述水平Y(jié)向精密平移臺(tái)固定安裝在水平X向精密平移臺(tái)上，其特征在于：在所述豎直Z向精密平移臺(tái)上通過(guò)螺栓固定精密手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)作為引入的旋轉(zhuǎn)B軸，所述精密手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上通過(guò)轉(zhuǎn)接板固定二維納米壓電定位臺(tái)，所述二維納米壓電定位臺(tái)的移動(dòng)臺(tái)面通過(guò)螺栓固定壓頭夾具，所述壓頭夾具下方螺紋固定三棱錐金剛石納米壓頭，所述三棱錐金剛石納米壓頭下端設(shè)有壓頭針尖，在水平Y(jié)向精密平移臺(tái)上固定安裝一維納米壓電定位臺(tái)用于放置加工工件，加工亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的方法具體步驟如下：

步驟一：標(biāo)定二維納米壓電定位臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡

使二維納米壓電定位臺(tái)的兩軸在X-Z豎直平面內(nèi)，對(duì)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸輸入兩路異相的正弦電壓信號(hào)，同時(shí)采用激光位移傳感器分別對(duì)二維納米壓電定位臺(tái)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的輸出位移進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)選取不同頻率、幅值以及相位差的正弦電壓激勵(lì)，使其以100～300納米的行程運(yùn)動(dòng)，測(cè)量二維納米壓電定位臺(tái)的動(dòng)態(tài)位移，獲得二維納米壓電定位臺(tái)在不同電壓信號(hào)激勵(lì)下，兩軸合成運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律，記錄兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位移變化曲線，合成不同參數(shù)的激勵(lì)下二維納米壓電定位臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)標(biāo)記出兩路正弦電壓信號(hào)的相位差與二維納米壓電定位臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系；

步驟二：設(shè)置三棱錐金剛石納米壓頭的壓頭針尖朝向

通過(guò)豎直Z向精密平移臺(tái)向下逼近加工工件表面，當(dāng)壓頭針尖與加工工件表面的距離小于50微米時(shí)停止移動(dòng)，隨后通過(guò)一維納米壓電定位臺(tái)以0.1～2微米的步進(jìn)抬升加工工件直至完接觸，之后控制一維納米壓電定位臺(tái)繼續(xù)向上移動(dòng)完成壓印過(guò)程，隨后觀察壓頭針尖三個(gè)切削刃的空間朝向并對(duì)壓頭針尖進(jìn)行調(diào)節(jié)；

步驟三：壓頭針尖軌跡運(yùn)動(dòng)順銑加工亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)

確定壓頭針尖的朝向并完成對(duì)刀后，進(jìn)入亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)加工階段，首先驅(qū)動(dòng)二維納米壓電定位臺(tái)帶動(dòng)壓頭針尖做納米公轉(zhuǎn)，然后一維納米壓電定位臺(tái)向上推動(dòng)加工工件達(dá)到期望的加工深度，最后水平X向精密平移臺(tái)帶動(dòng)加工工件水平移動(dòng)完成加工進(jìn)給，配合水平Y(jié)向精密平移臺(tái)橫向進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)光柵表面的加工，通過(guò)設(shè)置加工工件的進(jìn)給速度與壓頭針尖的公轉(zhuǎn)頻率的關(guān)系，控制壓頭針尖的每圈加工進(jìn)給量在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)壓頭針尖公轉(zhuǎn)半徑的幅值，使其與每圈加工進(jìn)給量在同一長(zhǎng)度量級(jí)上，同時(shí)配合壓頭針尖公轉(zhuǎn)方向與加工工件進(jìn)給方向的關(guān)系讓切削刃以順銑的方式進(jìn)行加工，加工出的亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)生成在壓頭針尖進(jìn)給刻劃形成的V形微溝槽的側(cè)壁上；

步驟四：改變運(yùn)動(dòng)軌跡形狀加工亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)

在步驟一的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制二維納米壓電定位臺(tái)的輸入信號(hào)，改變二維納米壓電定位臺(tái)驅(qū)動(dòng)電壓的幅值和相位差來(lái)調(diào)節(jié)壓頭針尖運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，使得在壓頭針尖的切削刃在空間位置不變的情況下，通過(guò)改變運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，來(lái)改變亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的槽形形狀，加工出不同槽形的亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)；

步驟五：改變壓頭針尖傾斜角度加工亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)

壓頭針尖與加工工件分離，然后旋轉(zhuǎn)精密手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使壓頭針尖的豎直軸線相對(duì)于步驟三的情況與加工工件表面的夾角改變從而形成新的空間位置，按照步驟二和步驟三的過(guò)程進(jìn)行新的光柵結(jié)構(gòu)加工，由于壓頭針尖切削刃的前角和后角發(fā)生改變，使得亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的兩個(gè)槽面的閃耀角隨之改變，加工出不同槽形形狀的亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：所述步驟五與步驟四結(jié)合，改變壓頭針尖傾斜角度同時(shí)再改變壓頭針尖運(yùn)動(dòng)軌跡形狀，也能夠加工出不同槽形的亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：所述二維納米壓電定位臺(tái)選用行程5微米的剪切式壓電定位臺(tái)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：所述一維納米壓電定位臺(tái)的行程在50～100微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種亞波長(zhǎng)閃耀光柵結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于：所述可見光波長(zhǎng)范圍為380～780nm。