面向微结构阵列的超精密切削加工与测量关键技术研究

面向微结构阵列的超精密切削加工与测量关键技术研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-09-11 分类:期刊论文 喜欢:3853
师大云端图书馆

【摘要】微结构阵列是指具有规则阵列分布的微观几何拓扑形状及特定功能的一类微结构表面。微结构阵列的微观和宏观几何形貌决定了器件的功能,如光学功能、摩擦功能、润滑功能、信息存储功能等。微结构阵列以其无法比拟的优越性能,已经成为光电子、信息通讯以及精密工程等领域的关键零部件。如用于平板显示的微透镜阵列光学薄膜、用于空间光学回射的微金字塔阵列、用于太阳能电池的微槽阵列结构光栅、用于先进动态随机存储器的具有高深-宽比特征的深沟槽微结构阵列等。随着科技产品向高性能化、高精度化、高集成化方向发展,微结构阵列在航空航天、电子制造、生物医疗等高端产业得到了越来越广泛的应用,也相应牵引带动了可用于微结构阵列制造的超精密加工技术的发展。基于快速刀具伺服(FastToolServo,FTS)的金刚石超精密切削是一种非常有效的微结构阵列的加工方式。但随着超精密器件不断创造制造尺度、精度、效率的新极端,金刚石超精密切削技术面临若干新的挑战:1、随着加工尺寸的极端化,导致刀具在大面积加工过程中出现磨损现象,影响表面加工质量甚至导致加工失效,如何克服刀具磨损的限制实现大尺寸制造?2、随着加工材料的多样化,特别是难切削材料和硬脆材料的使用,导致在制造过程中容易产生表面微结构缺陷,如何在大面积加工范围内对局域微缺陷进行高效的在线检测和高精度的修复再制造?3、随着加工过程的复杂化,如何对机床、金刚石刀具、超精密加工件等实施超精密测量以保障极端制造尺寸下的加工精度?论文的研究工作针对上述关键问题,提出了一系列具有工程实际意义的方法和关键技术。相应开发了集成力传感器快速刀具伺服装置(ForceSensorintegratedFastToolServo,FS-FTS)、电化学研磨高长-径比扫描探针制备装置、大面积扫描隧道显微测量系统等三套仪器,分别开展了大面积微结构阵列的换刀拼接加工、微结构表面微小缺陷的在线检测及修复、金刚石刀具切削刃轮廓的在机原位测量、微结构表面三维形貌的大面积精密测量等方面的研究,通过在超精密加工机床上的现场实验,论证了所提出的方法和技术的可行性。论文的研究内容一共分为六章:第一章:介绍了微结构表面的超精密加工,特别是基于快速刀具伺服装置的单点金刚石切削加工的研究背景,归纳出当前超精密切削加工与测量技术所面临的若干关键技术难题;简述了基于快刀伺服的超精密切削加工技术、单点金刚石刀具刀刃轮廓及形貌的超精密测量技术、超精密加工件表面三维形貌的超精密测量技术等的研究现状;最后概述了本文的主要研究内容和意义。第二章:使用FS-FTS在辊筒模具上进行微透镜阵列的超精密切削和换刀拼接加工实验。着重研究了FS-FTS的测量功能,对关键性能参数进行了测试和验证。提出了一种基于FS-FTS的刀具自定位方法。无需利用其它测量仪器,而是通过FS-FTS伺服驱动刀具以较低的恒定接触力对已加工的微结构阵列进行扫描,从测量得到的刀具对微结构的扫描跟踪轨迹中获取刀具尖端相对于已加工微结构的三维位置信息。基于所提出的刀具自定位方法,克服了换刀过程中的刀具位置差异,实现了大面积微结构阵列的换刀拼接加工。第三章:提出了一种微结构表面微小缺陷的在线检测和修复再制造方法。该方法通过实时监控微结构表面加工过程的切削力信号,并建立切削力信号与加工车床坐标位置的映射关系。从切削力异构信号中辨识出微缺陷的三维坐标位置,并通过FS-FTS对缺陷区域的形貌进行检测和定征。微结构缺陷的位置辨识和形状定征为修复加工提供了可靠的信息依据。通过在辊筒模具上对微结构表面微缺陷的在线位置辨识、形状定征和修复加工实验成功验证了该方法的可行性。第四章:提出了金刚石刀具切削刃圆弧轮廓的在机原位测量方法。该方法通过FS-FTS驱动金刚石刀具扫描一个参考尖端,扫描轨迹通过机床滑座的直线编码器和FS-FTS的电容式位移传感器测量得到。从所测量得到的扫描轨迹间接定量获得金刚石刀具切削刃的圆弧轮廓。其中,参考尖端可分别通过FS-FTS加工的线状阵列结构或采用具有纳米级曲率半径的金刚石刃边实现。基于该方法,在超精密加工机床上分别开展了对各种宏微尺寸金刚石刀具以及刀具磨损的原位检测实验。第五章:论述了基于扫描隧道显微原理的大面积三维微纳结构表面形貌精密测量技术。提出了一种电化学研磨扫描探针制备的尖端成型点精确判断和控制策略,改变了传统电化学研磨探针过程不可控的缺点,实现了高长-径比扫描探针的批量可控制备。在此基础上,对传统扫描隧道显微镜进行了改进,建立了新型的大面积扫描隧道显微测量系统,并提出了样品倾斜的自校正方法。利用该系统和技术,成功实现了对双正弦光栅微结构阵列表面三维形貌的精密测量。第六章:归纳总结了本论文的主要研究工作,阐述了研究的结论和创新点,并对面向微结构阵列超精密切削加工和测量的研究进行了展望。
【作者】陈远流;
【导师】居冰峰;高伟;
【作者基本信息】浙江大学,机械电子工程,2014,博士
【关键词】微结构阵列;超精密切削;快速刀具伺服;拼接加工;微结构缺陷;在线检测;金刚石刀具轮廓;表面形貌;原位测量;

【参考文献】
[1]张昭.WO_3/BiVO_4复合光催化剂的制备及其可见光光催化性能研究[D].北京交通大学,2014.
[2]司海丽.几种农业废弃物好氧发酵产物的性状及田间应用效果研究[D].宁夏大学,植物营养学,2014,硕士.
[3]黄正洪.地方政府在招商引资中的角色定位研究[D].云南财经大学,公共管理,2013,硕士.
[4]龚炳铮.积极稳步推进企业信息化[J].天津科技,2002,01:13-15.
[5]茆佳能.城市轨道交通总联调接口管理研究[D].南京理工大学,载运工具运用工程,2013,硕士.
[6]闫刚.具有操作监控的加密移动存储设备软件设计与实现[D].南京理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[7]姚文俐.纳米TiO_2催化电极直接电解固定二氧化碳为多碳有机物及电催化合成研究[D].安徽师范大学,有机化学,2004,硕士.
[8]李佩成.纳米尺度多栅场效应管物理特性及模型研究[D].复旦大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[9]李庆平.新庄煤矿风立井冻结壁与井壁相互作用研究[D].西安科技大学,岩土工程,2014,硕士.
[10]孔维.书生皇帝:光绪的读书生活[D].华中师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[11]张会星,何兵寿,姜效典,张锦昌.利用地震波在双相介质中的衰减特性检测油气[J].石油地球物理勘探,2010,03:343-349+472+312.
[12]姜佳琦.生物有机肥对大蒜连作土壤酶、微生物及养分的影响[D].东北农业大学,植物营养学,2013,硕士.
[13]李雅晨.中央电视台《东方时空》栏目研究[D].新疆大学,新闻与传播,2013,硕士.
[14]任超.制造企业ERP实施策略研究[D].河南科技大学,企业管理,2013,硕士.
[15]陈嘉瑜.基于生物实验教学的种子综合性状检测系统的研发[D].山东师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[16]孟涛.不同手术时机治疗小体积BPH的临床对比研究[D].延安大学,外科学,2014,硕士.
[17]连立贵,沈彦南,蔡家楣.数据仓库的填充与访问[J].计算机工程与应用,2002,07:188-189.
[18]王东昊.基于居民地方依恋的婺源古村落旅游资源保护研究[D].江西财经大学,旅游管理,2013,硕士.
[19]梁娜.数字图书馆元数据登记系统[D].四川大学,2004.
[20]付丁丁.对黄金大米事件中媒介报道的科学传播研究[D].河北大学,传播学,2014,硕士.
[21]周洪波.综合性医院感染现状研究及相应对策[D].南方医科大学,流行病与卫生统计学,2012,硕士.
[22]孙爱雪.正误样例学习对小学三年级学生错别字的影响[D].沈阳师范大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[23]随婧,卢志刚,孙丰文,张彰.羰基化合物的检测方法及在生物质液化产业中的应用分析[J].生物质化学工程,2015,02:47-52.
[24]祖峰.聚类CLIQUE算法及其并行化研究[D].重庆大学,2003.
[25]孙洁.全洲配送中心作业流程优化设计[D].山东大学,工业工程(专业学位),2012,硕士.
[26]李巧巧.大学毕业生就业质量评价指标体系研究[D].东北师范大学,劳动经济学,2012,硕士.
[27]吕译.救生舱内生存环境控制与优化设计方法研究[D].湖南科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[28]高华萌.食品安全监管法律问题研究[D].河北经贸大学,经济法学,2014,硕士.
[29]孙颖.王安忆文学观述评[D].淮北师范大学,文艺学,2014,硕士.
[30]沈文龙.CO_2/CH_4/N_2在沸石ZSM-5上竞争吸附平衡的研究[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[31]徐苗.On Subtitle Translation of Video Clips for International Publicity from the Perspective of Skopos Theory[D].西安外国语大学,MTI翻译,2014,硕士.
[32]曹金京.私募股权投资基金退出法律问题研究[D].海南大学,民商法学,2014,硕士.
[33]杜朴雷.城郊农业旅游开发研究[D].华中师范大学,农村与区域发展(专业学位),2014,硕士.
[34]张筱婧.基于GWAS筛选的SNPs(rs3803662和rs1338042)与胃癌预后的相关性研究[D].南京医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[35]金路.试论中学语文教学评课[D].湖南师范大学,教育(专业学位),2013,硕士.
[36]杜普龙,任旭,郝生跃.我国科普图书出版现状及其对策[J].出版广角,2014,Z3:118-120.
[37]陈雯.武陵山片区区域旅游合作研究[D].中南民族大学,中国少数民族经济,2013,硕士.
[38]祁小龙.轨道检测多传感器同步控制[D].华中师范大学,电路与系统,2014,硕士.
[39]崔宝玉,陈强.资本控制必然导致农民专业合作社功能弱化吗?[J].农业经济问题,2011,02:8-15+110.
[40]刘岚霭.基于公民身份理念的大学公民教育研究[D].武汉理工大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[41]张毅.非汉字文化圈留学生汉字偏误分析与习得顺序研究[D].湖南师范大学,汉语国际教育(专业学位),2013,硕士.
[42]何琦.请求权竞合理论比较研究[D].复旦大学,诉讼法学,2012,硕士.
[43]谭能志.1945-2010年东海黑潮区PN断面温度的季节/年际/年代际变化[D].上海师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[44]王锴.城市社会空间与生态设施空间耦合机制研究[D].西安外国语大学,人文地理学,2013,硕士.
[45]陈海丽.蔗糖精制脱色用颗粒活性炭的制备研究[D].中国矿业大学,化学工程与技术,2014,硕士.
[46]张小娟.传统老字号与企业形象设计[D].南京艺术学院,2004,硕士.
[47]陈天.论《共产党宣言》中空间批判与空间革命理论[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[48]李玉荣.一类具有无穷多个不连续点的广义微分算子[D].内蒙古大学,数学,2014,硕士.
[49]张恒.非线型丙烯酰胺共聚物驱油剂合成、结构及性能研究[D].成都理工大学,石油与天然气工程(专业学位),2013,硕士.
[50]姜亮,黄捍东,魏修成,贺振华.地震道的非线性约束反演[J].石油地球物理勘探,2003,04:435-438+462-10.

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