[发明专利]一种微细结构仿形工具恒力非接触抛光方法及装置

说明书

一种微细结构仿形工具恒力非接触抛光方法及装置，抛光过程中，首先，将工件固定于抛光液储存装置内，通过纵向压力调整平台使仿形抛光工具位于工件上方，打开横向压力调整控制器、压力数据分析模块、纵向压力调整控制器、压力数据采集器，根据抛光要求调整压力数据采集器的范围；保证工件完全浸没在抛光液中，打开抛光液循环装置。其次，打开工件扫描抛光平台，使贴有抛光垫的仿形抛光工具先沿工件一侧移动。再次，使抛光工具继续下降至抛光力达到设定范围，同时横向压力调整平台左右移动实现对抛光力的实时调整完成对微结构工件一侧的抛光。最后，利用横向压力调整平台调整工件位置，使抛光工具其靠近工件另一侧完成抛光。本发明可以结构简单，使用方便，在保证面形的前提下达到较低的粗糙度水平，可以达到更好的面形精度。

技术领域

本发明属于精密/超精密加工领域，涉及一种微细结构的抛光方法及装置，尤其涉及一种微细结构仿形工具抛光方法及装置。

背景技术

微细结构表面由于具有传统表面所不具备的特性和功能，已在国防、光学、微流体以及表面工程等领域被广泛应用。对于微细结构来说，面形精度和表面质量是两个关键要素，面形决定其功能，表面质量影响其性能。在国防、光学、微流体等领域核心零件的上微细结构往往需要达到亚微米级面形精度以及纳米/亚纳米表面粗糙度且无表面/亚表面损伤。因此，如何实现微细结构高效，高精度，高表面质量的制造成了一个首要解决的关键问题。目前，考虑到加工成本、效率以及灵活性，对于制造几十到上百微米尺寸的微细结构主要采用精密机械加工技术。然而由于这些技术会造成表面/亚表面损伤，降低表面质量，因此后续的抛光工艺变得尤为重要。相比平面、曲面，微细结构由于结构复杂，尺寸小而且不连续，导致尖角的区域容易产生过抛，凹槽的区域又很难被抛到。因此，如何在提高微细结构表面质量的同时又不降低其面形精度成了微细结构表面抛光的难点。

中国专利CN110202424.B公开了一种贯通式微透镜阵列工件的仿形抛光方法，通过利用加工好的一段阵列工件作为成形车刀，车削抛光棒，利用加工后的羊毛抛光棒对工件的阵列单元进行抛光加工。虽然该方法可以实现对微结构阵列光学元件高效率的抛光，但羊毛棒的磨损会对抛光质量产生较大的影响，同时该方法只适用于特征尺寸比较大的阵列工件，对于数十微米或者几微米的微细结构，羊毛抛光棒的加工难度大，加工成本较高。中国专利CN104526472B公开了一种金属微小内凹球面高频振动抛光装置及方法，该方法利用仿形工具和高频振动发生器，实现对金属内凹球面的抛光，但这种方法局限性较大，只能适用于内凹球面的抛光，同时该装置仿形抛光工具和工件的同轴度误差对抛光后的面形影响较大，且制作复杂，加工成本过高，经济性较差。

目前，针对微细结构超精密保形加工问题，并没有很好的解决方法。因此，亟待提出一种简单易行的微细结构抛光方法及装置，以提升微细结构抛光过程的稳定性、经济性及抛光后的表面质量。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种高精度、高效率、操作简便的微细结构抛光方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种微细结构仿形工具恒力非接触抛光装置，所述装置包括横向压力调整平台1、横向压力调整控制器2、压力数据分析模块3、纵向压力调整控制器4、工件扫描抛光平台5、压力数据采集器6、纵向压力调整平台7、超声振动器8、仿形抛光工具9、抛光液循环装置10、抛光液储存装置11。

所述压力数据采集器6可以测量X、Y、Z三个方向上的抛光力，压力数据采集器6固定安装在工件扫描抛光平台5上表面，并与压力数据分析模块3连接，用于实时采集抛光过程中的抛光力，所述的压力数据分析模块3还与横向压力调整控制器2、纵向压力调整控制器4连接。

所述的纵向压力调整控制器4与纵向压力调整平台7连接，纵向压力调整平台7与水平布置的超声振动器8一端相连，所诉超声振动器8另一端和仿形抛光工具9连接，超声振动器8可以为仿形抛光工具9提供振幅0.1-0.5mm、频率1-10kHz的振动。通过纵向压力调整控制器4带动超声振动器8和仿形抛光工具9在垂直方向上下移动。