[發明專利]一種亞波長閃耀光柵結構的加工方法

有效

• 申請號: 202011198005.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112372036B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 薛勃;歷波
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: 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

一種亞波長閃耀光柵結構的加工方法，涉及一種工件表面加工方法。二維納米壓電定位臺的兩軸輸入兩路異相的正弦電壓信號，同時對輸出位移進行測量，標記相位差與旋轉方向的關系；完成壓印過程觀察壓頭針尖三個切削刃的空間朝向并進行調節；讓切削刃以順銑的方式進行加工，加工出亞波長閃耀光柵結構；通過控制二維納米壓電定位臺的輸入信號，改變運動軌跡形狀加工亞波長閃耀光柵結構；使壓頭針尖與加工工件表面的夾角改變形成新的空間位置，改變壓頭針尖傾斜角度加工亞波長閃耀光柵結構。利用三棱錐金剛石納米壓頭實現大橫截面積閃耀光柵結構加工，能夠對槽形通過加工參數進行調節控制。

技術領域

本發明涉及一種工件表面加工方法，尤其是一種亞波長閃耀光柵結構的加工方法，屬于微納米機械加工技術領域。

背景技術

自然界中某些生物表面所具有的特殊功能是由其表面上的結構所賦予的，例如蝴蝶翅膀的顏色變化、荷葉表面的疏水自凈等，從仿生學的角度來看，將這類結構應用到人造零件的表面上使其具有相應的功能，在科學研究及工程應用上具有重要的價值和意義。其中，利用可見光與周期性光柵結構的衍射作用所產生的結構色就是一個重要的借鑒。相比于色素色，結構色不但具有環保、不易褪色等優點，還因具有對入射條件的依賴相關性，而能夠被應用到光學防偽、光學傳感器等研究領域。

由于衍射光的強度隨著能級的增加而降低，為獲得高質量的結構色，就需要更小的光柵周期，故對于亞波長光柵結構的加工制造逐漸成為了人們研究的熱點。受加工機理的限制，激光誘導加工很難對周期連續變化的光柵結構進行加工，進而在結構著色的靈活性上體現出了不足。在橢圓振動切削加工中，由于刀具每圈的加工進給量與光柵結構的周期相對應，因此這種方法能較為容易地調節光柵周期的變化，進而實現對復雜目標圖案的金屬表面結構著色。

然而，在目前的研究中，受刀具尺寸與振動器運動軌跡干涉的影響，橢圓振動切削加工很難實現對亞波長光柵結構的槽形進行加工改變，進而不能對提升光柵的衍射效率進行進一步的加工優化。

發明內容

本發明的目的在于解決現有的加工手段很難實現對于亞波長閃耀光柵槽形形狀的有效控制，提供一種利用三棱錐金剛石納米壓頭在豎直面內軌跡運動納米順銑加工亞波長閃耀光柵結構的方法，實現對大橫截面積閃耀光柵結構的加工，能夠對光柵結構的槽形通過加工參數進行調節控制。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：一種亞波長閃耀光柵結構的加工方法，所述加工方法采用直角三坐標加工平臺進行加工，所述直角三坐標加工平臺包括位于上方的豎直Z向精密平移臺以及位于下方的水平X向精密平移臺和水平Y向精密平移臺，所述水平Y向精密平移臺固定安裝在水平X向精密平移臺上，其特征在于：在所述豎直Z向精密平移臺上通過螺栓固定精密手動旋轉臺作為引入的旋轉B軸，所述精密手動旋轉臺上通過轉接板固定二維納米壓電定位臺，所述二維納米壓電定位臺的移動臺面通過螺栓固定壓頭夾具，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有壓頭針尖，在水平Y向精密平移臺上固定安裝一維納米壓電定位臺用于放置加工工件，加工亞波長閃耀光柵結構的方法具體步驟如下：

步驟一：標定二維納米壓電定位臺的運動軌跡

使二維納米壓電定位臺的兩軸在X-Z豎直平面內，對兩個運動軸輸入兩路異相的正弦電壓信號，同時采用激光位移傳感器分別對二維納米壓電定位臺兩個運動方向的輸出位移進行測量，通過選取不同頻率、幅值以及相位差的正弦電壓激勵，使其以100～300納米的行程運動，測量二維納米壓電定位臺的動態位移，獲得二維納米壓電定位臺在不同電壓信號激勵下，兩軸合成運動軌跡的變化規律，記錄兩個運動軸的位移變化曲線，合成不同參數的激勵下二維納米壓電定位臺的運動軌跡，同時標記出兩路正弦電壓信號的相位差與二維納米壓電定位臺旋轉方向的關系；

步驟二：設置三棱錐金剛石納米壓頭的壓頭針尖朝向