[发明专利]光栅机械刻划工艺试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅机械刻划工艺试验装置，属于光栅工艺技术领域。

背景技术

衍射光栅作为光谱仪器中的核心器件，在工业、国防、科研等领域得到了广泛的应用。相对于复制和全息离子刻蚀来说，光栅机械刻划是一种适合于大面积、低刻线密度原刻衍射光栅的制作工艺，该工艺在实现大面积刻划的同时应当具有较高的刻划精度，从而提高光栅衍射效率。

一个与所述光栅机械刻划机有关的方案为“微纳米原位纳米压痕刻划测试系统”。该测试系统包括X、Y轴方向精密定位平台、Z轴方向精密线性定位平台和精密压入驱动单元、载荷信号检测单元、位移信号检测单元以及高分辨率数字显微成像系统，所述高分辨率数字显微成像系统用于观测和存储在测试过程中材料的变形及损伤状况。由于该系统结构特征所限，其刻划刀具只有Z方向一个自由度，不能绕X、Y、Z轴转动，无法实现刻划刀具的装夹角度的调节，或者说不能设置安装角度；其定位平台虽然具有X、Y方向自由度，但是，无法实现工件的水平度调整。另外，其载荷信号检测单元只能检测Z方向力的变化，无法对整个刻划过程三向力变化进行监测。因此，所述微纳米原位纳米压痕刻划测试系统不适用于对光栅机械刻划工艺进行多自由度、多向载荷检测的研究。

发明内容

对光栅薄膜机械刻划工艺的研究主要通过“光栅机械刻划机”来进行，即使用光栅机械刻划机通过试刻进行试验。要求装夹刻划刀具的刀架不仅要能够实现刻划刀具的进给，还需要能够预先给刻划刀具设置安装角度，包括俯仰角、滚转角、方位角；固定工件的定位平台除了能够实现工件在一个平面内两个相互垂直的方向上平移外，还应当能够确保所述平面与刻划刀具进给方向垂直，如果刻划刀具的进给方向为垂直方向，则需要的是定位平台能够调整水平度；载荷信号检测单元不仅能够检测刻划刀具施加到工件上的初始压力，还需要能够分别检测在两个方向上刻划施加到工件上的力。为此，我们发明了一种光栅机械刻划工艺试验装置。

一种光栅机械刻划工艺试验装置，如图1所示，龙门悬架安装在底座1上，刀架2刚性悬挂在龙门悬架横梁3中部；刻划刀具4安装在刀架2下端；定位平台与刀架2在Z方向上对应并安装在底座1上；定位平台中的直线位移平台5由X向平移平台、Y向平移平台、Z向平移平台6三者叠加连接而成，如图1、图2所示；其特征在于，龙门悬架的两根立柱7竖直固定在底座1上，横梁3两端与两根立柱7内侧通过燕尾槽连接；定位平台中的弧线位移平台8由X轴弧线位移平台与Y轴弧线位移平台叠加而成，如图3所示；直线位移平台5与弧线位移平台8叠加连接在一起，如图1所示；XYZ三向微力测力仪9位于定位平台上部，如图1所示；刀架2中的X轴调节座、Y轴调节座、Z轴调节座三者叠加连接在一起。

本发明其技术效果如下。

从宏观上看，本发明之光栅机械刻划工艺试验装置自下而上依次为底座1、定位平台、刻划刀具4、刀架2、龙门悬架。工件10固定在定位平台最上端。刻划刀具4朝下，调节龙门悬架横梁3在Z向上位置，粗略调整刻划刀具4在Z向上位置，直到接触工件10刻划表面，完成粗落刀。调节定位平台中的直线位移平台5中的Z向平移平台6，精密调整工件10与刻划刀具4的Z向相对位置，使刻划刀具4达到刻划深度，完成对刀、细落刀。调节定位平台中的弧线位移平台8，当调节所述弧线位移平台8中的X轴弧线位移平台，工件10刻划表面以X轴为轴旋转，当调节所述弧线位移平台8中的Y轴弧线位移平台，工件10刻划表面以Y轴为轴旋转，直到工件10刻划表面呈水平状态，完成工件10水平度的调整。分别调节刀架2中的X轴调节座、Y轴调节座、Z轴调节座，分别实现刻划刀具4的俯仰角、滚转角、方位角的调整，以适应不同刻划槽形的需要，或者说依此研究刻划刀具4的安装角度对光栅机械刻划槽形质量的影响。完成光栅机械刻划工艺试验装置的调节后，启动定位平台中的直线位移平台5中的X向平移平台和Y向平移平台，确定X向平移平台和Y向平移平台的平移量和平移周期，实现光栅的X向刻划或者Y向刻划。在刻划过程中，由XYZ三向微力测力仪9一并测试刻划刀具4在X向、Y向、Z向作用在工件10刻划表面的力。当进行光栅的X向刻划时，测试刻划刀具4在X向作用在工件10刻划表面的力；当进行光栅Y向刻划时，测试刻划刀具4在Y向作用在工件10刻划表面的力；在前两种光栅刻划方式中，均测试刻划刀具4在Z向作用在工件10刻划表面的力，也就是初始压力。相对于现有技术，本发明的各项目的均得到实现。可见，本发明能够实现多尺度、多自由度、开放性的光栅机械刻划工艺试验研究。

附图说明