CN101177236B - 基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法及装置，涉及微器件制造及微塑性成形技术，适合于常规微弯曲方法难以成形或无法成形的材料成形，装置包括安装平台、凸模和凹模对中组件、微弯曲成形组件、进给机构、加载机构、工件定位组件、激光加热系统和控制系统，激光器发出的激光束通过外光路系统对微小工件两侧同时进行非接触式准静态加热，利用激光的热传导，使坯料达到成形的温度范围；激光加热系统与微弯曲成形组件相结合，利用步进电机驱动实现凸模进给和回程，利用压电陶瓷微驱动器实现凸模对工件加载，完成微器件的弯曲成形。本发明利降低了温度梯度对成形精度的影响。该装置设计合理，工艺简单，可控制性好，适用于工业化生产。

Description

基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法及装置

技术领域

本发明涉及尺寸处于微米级器件的制造及微塑性成形技术领域，特指一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法及装置，其适用于微型金属器件的弯曲成形，特别适合于常规微弯曲方法难以成形或无法成形的材料微成形，适合微弯曲器件的低成本批量化生产。

背景技术

科技发展使设备不断趋于微型化，微器件在医疗生物工程、微型机器人、传感器等工业中有着广泛应用前景，特别是MEMS及航空航天等技术的进一步发展，对各种材料的微型零件需求量越来越大，同时对微器件的加工工艺、加工成本和批量等也提出了新的要求，其最终目的是能够低成本大批量制造可实际应用的微型器件。因此，目前基于微器件的微塑性成形技术已成为微机械领域的一个重要研究方向。

现有的面向MEMS的微机械加工技术主要依赖于LIGA、光刻、蚀刻、准分子激光、电火花、薄膜制备等微细加工技术，无法满足三维复杂形状微器件的加工，也限制了加工材料的多样性。另外，由于采用硅基材料制作的微器件成形工艺复杂，设备投资大，而且成形周期长，可重复性差，不适合批量生产。可见研究高效率低成本适合多种材料的微器件成形方法非常迫切。而塑性成形具有工艺简单、高效低成本、工件精度和强度高等优点，所以近年来微塑性成形技术有了很大发展。在微器件的塑性成形领域，微弯曲成形非常适合加工复杂形状以及不易加工材料的微器件，也满足批量生产的要求。但是微弯曲器件的成形不仅受到尺寸效应的影响使得宏观的成形理论已经不再适用，而且加工过程中的夹持和定位也有相当难度，微弯曲成形的工艺和方法至今仍然是国内外研究的热点。

在微尺度下(至少在两个方向上尺寸处于亚毫米量级)材料的一些力学特征表现出与传统尺度下不同的特点，某些在常规加工中与尺度无关的力学量在微尺度下却不再是与尺度无关的，而是表现出对尺寸的依赖性，这就是所谓尺度效应。微弯曲中无法避免的尺度效应使得弯曲成形困难，传统的成形理论无法继续使用，特别是在塑性加工领域提出了新的要求。

近年来国内外在微塑性成形方法和微成形系统上进行了一些研究。如日本Gunma大学学者Yasunoir Saotome(Journal of Materials Processing Technology.2001，113：636-640)设计和制造了一种三维渐进微成形系统，采用无模具技术，以箔为材料成功成形了一个长600微米的微型汽车覆盖件，Hee-Won Jeong等人(Journal of Micro Electro Mechanical Systems.2003，VOL.12，NO.1)提出了一种激光加热微成形系统，利用纯激光对一种玻璃合金材料局部加热的方法实现了对微悬臂梁的扭转，上海交通大学的蒋振新等(电子工艺技术，2003，5)提出了一种借助二次熔胶工艺实现微弯曲面成型的新工艺制作了微弯曲镍梁。经检索国内外在微塑性成形及微弯曲成形方面的专利技术为数不多，特别是专门针对塑性成形领域的微弯曲成形技术几乎没有。在微塑性成形领域，美国的Rajiv S.Mishra学者采用摩擦生热的方法将被加工材料加热到超塑性温度范围，同时完成微塑性成形，专利号为US6655575，日本学者Tsuyoshi Masumoto应用油浴或者加热炉对材料加热，并以静水压力作为成形力对非结晶材料进行微成形，专利号为US5324368。中国专利03132554.8报道了利用电热棒加热模具的方法从而间接加热工件后进行微塑性成形，中国专利200510010099.4报道了采用电加热圈加热的方式的微型模具加工出微型双齿轮。

目前报道的关于微弯曲研究大多集中在利用材料的温度梯度效应、电化学方法以及超塑性微弯曲方面，但存在以下问题：

1.纯粹利用材料的温度梯度效应实现微弯曲，可控制性差，只能成形简单形状的微型件，而且成形工件的精度不高。

2.由于尺寸效应的影响，冷成形工艺在微塑性成形领域受到限制，材料种类、晶粒尺寸等方面的影响使得微成形的变形过程中材料流动不均匀。

3.超塑性微成形对微器件的材料有着特殊的要求，需要材料具有超塑性的能力，应用范围较小。

4.目前微塑性成形系统中的加热大多采用间接加热或者接触加热的方式，如加热模具从而使工件达到所需温度，不仅使得模具结构复杂，且温度不易控制，加热时间较长，效率低。

5.采用电化学的方法只能成形结构相对简单的微器件，成形周期长，成本高，不适合批量化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法及装置，能克服以上缺点。

本发明所提供的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法，其特征在于：激光通过光路系统对微小工件两侧同时进行非接触式准静态加载，利用激光的热作用对微小工件的加热和热传导，使工件达到适合材料微弯曲成形的温度范围；同时，通过进给机构实现凸模进给和回程，通过加载机构实现凸模对工件加载，完成微器件的弯曲成形。具体方法为：首先利用三维粗定位工作台和三维微调定位工作台结合CCD II摄像头完成凸模和凹模的对中，并通过微机械手结合CCD I摄像头完成工件的放置与定位，接着激光器发出的激光束通过光路系统，从工件两侧照射工件，根据工件变形区域的不同调节光路系统，并通过控制激光器的功率、能量，调节光斑大小和形状，使得光斑形状与材料成形区域形状接近，大小与工件厚度相当，通过控制照射时间使工件瞬间达到所需的微弯曲成形温度范围，此时以步进电机作为驱动器，通过压力施加机构使凸模匀速向下运动至与工件接触，然后采用压电陶瓷作为微驱动器使凸模继续向下运动对工件进行加载，完成微型弯曲件的成形，最后通过使步进电机反转带动压力施加机构使凸模回程，同时通过微机械手将弯曲件从凹模上取出。

另外，在成形过程中，控制系统实现了对凸模和凹模对中、工件定位、凸模进给和加载以及回程的闭环控制。整个微弯曲成形过程由计算机来控制，保证了成形件的质量和精度。

本发明所提供的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形装置，包括安装平台、凸模和凹模对中组件、微弯曲成形组件、进给机构、加载机构、工件定位组件、激光加热系统和控制系统，安装平台由支撑架和底座组成，支撑架安装于底座的左臂下；凸模和凹模对中组件由反射镜、CCDII、三维粗调定位工作台、三维微调定位工作台组成，其中反射镜和CCDII布置于底座正下方，底座上方依次安置三维粗调定位工作台和三维微调定位工作台，底座、三维粗调定位工作台和三维微调定位工作台中间均开通孔以便光线通过；微弯曲成形组件安置于三维微调定位工作台之上，包括凹模垫板、气缸、顶杆、凹模、凸模和凸模垫板，由下至上依次为凹模垫板、凹模、凸模和凸模垫板，其中凹模垫板中间开孔以安装气缸，顶杆位于气缸和凹模内，气缸和顶杆均用透光材料制造，本装置中的气缸和顶杆采用钢化玻璃；加载机构位于凸模垫板之上，包括位移传感器、压力传感器、压电陶瓷和陶瓷驱动器，由下至上依次为位移传感器、压力传感器和压电陶瓷，陶瓷驱动器位于压电陶瓷左侧；进给机构位于加载机构上方，由压板、测力传感器、压力施加机构和步进电机组成，由下至上依次为压板、测力传感器、压力施加机构，步进电机位于压力施加机构左侧；工件定位组件由微机械手、工件定位粗调器、工件定位微调器和CCD I组成，其中工件定位粗调器和工件定位微调器由下至上安置于支撑架之上，机械手位于支撑架和工件之间，CCD I位于凸模和凹模之间；激光加热系统位于整个装置的右侧，与工件水平放置，由激光器和光路系统组成；控制系统由微型计算机、D/A转换器、A/D转换器、图像采集器、成型载荷控制器、微机械手控制单元组成，其中成形载荷控制器一端与步进电机和陶瓷驱动器相连，另一端通过D/A转换器与计算机相连，微机械手控制单元的两端分别与微机械手和D/A转换器相连，A/D转换器一端与计算机相连，另一端与位移传感器、压力传感器和测力传感器相连。

本发明采用的技术方案：

本发明所提出的微弯曲成形技术，采用激光器为热源，使激光器能量连续变化，并通过控制激光在工件上的照射区域和照射时间，能量密度很高的激光束照射在待弯曲工件上使工件瞬时达到所需要的微成形温度。由于被照射部位的表面材料的温度在瞬时急剧上升，而远离加热表面处的材料由于没有受到直接照射，其附近的温度在这一短暂的时间内无太大变化，使被照射部分在照射方向形成较大的温度梯度，为了防止温度梯度所引起的弯曲影响加工精度，本发明采用激光束对工件前后两侧同时加热的方法，根据工件厚度和形状调节光斑大小和形状，使得照射区域完全包含成形区域，使成形区域温度瞬时均匀达到成形温度，然后通过微弯曲模具对工件施加载荷，获得所需要的弯曲件。另外，对于不同的弯曲件，例如U形件和V形件，其弯曲模具不同和加热区域也大不相同，可以设计相应的弯曲模具，并通过调节光路系统来调节激光加热的区域。该方法可成形材料包括金属、复合材料以及各种难成形材料，通过改变弯曲模的形状可以批量低成本的成形各种形状复杂的微型弯曲件。

本发明具有以下的技术优势：

1.凸模和凹模对中、工件定位、凸模进给和加载等均采用计算机辅助的闭环控制，成形精度和效率高，成形件的质量佳。

2.激光束从工件前后两侧同时对工件进行加热，大大降低了温度梯度对成形件精度的影响。

3.通过激光器电源及控制系统是激光器能量连续变化，并通过控制激光在工件上的照射区域和照射时间和激光的功率、能量和光斑直径等参数从而使工件瞬时达到所需的微弯曲成形温度，加热速度快，可控制性和重复性好，易实现自动化生产。

4.通过激光加热工件材料的微弯曲成形方法可以减小应变强化的影响，降低材料的变形抗力，增加材料流动的均匀性，提高了材料的成形性能，可以实现难成形材料的微弯曲。

5.激光加热为非接触式加热，与工件之间没有外加机械力的作用，直接照射加热，工艺简单易操作。

6.激光束的光斑大小易于调节，根据需要可以任意调整形状和大小，可对工件进行区域选择性加热。

7.激光加热与现有的微成形系统中的加热技术相比无环境污染，加热效率高，无需对模具预热，对工件形状无特殊要求。

8.采用计算机和定位调节器控制微机械手对工件进行放置和定位，并通过CCD辅助监测，定位精度高，操作方便。

9.采用压电陶瓷作为凸模加载的微驱动器，易于控制，加载精度高。

10.采用微弯曲模具实现微弯曲件的成形，方法简单实用，应用范围广，只要改变凸模和凹模的形状就可成形各种复杂的三维微器件，可以实现批量化生产。

11.将宏观模具设计中的顶杆引入微弯曲模具设计中，不仅可以实现顶出弯曲件，还可以在成形过程中将工件与凸模加紧防止工件滑动，另外顶杆和凸模的设计均考虑了回弹的影响。

附图说明

图1是本发明提出的微器件微弯曲成形系统简图。

图2是本发明中激光辅助加热三维简图。

图3是本发明中激光辅助加热系统光路图。

图4是本发明中提出的弯曲流程控制图

(1)激光器(2)光路系统(3)工件(4)CCD I(5)凸模(6)凸模垫板(7)位移传感器(8)压力传感器(9)压电陶瓷(10)压板(11)测力传感器(12)压力施加机构(13)图像采集器(14)A/D转换器(15)打印机(16)微型计算机(17)D/A转换器(18)成形载荷控制器(19)步进电机(20)陶瓷驱动器(21)微机械手控制单元(22)支撑架(23)微机械手(24)工件定位微调器(25)工件定位粗调器(26)凹模(27)顶杆(28)气缸(29)凹模垫板(30)三轴微调定位工作台(31)三轴粗调定位工作台(32)底座(33)CCDII(34)反射镜(35)光束扩展器(36)可旋转透射镜(37)导光系统(38)可旋转反射镜(39)光学透镜组I(40)白光源I(41)半透半反射镜I(42)CCDIII(43)半透半反射镜II(44)聚焦镜组I(45)五位调节器I(46)五位调节器II(47)聚焦镜组II(48)半透半反射镜III(49)光学透镜组II(50)半透半反射镜IV(51)CCDIV(52)白光源II

具体实施方式

下面以V型件的微弯曲成形为例，结合图1、图2、图3、图4详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。

本发明所提出的基于激光辅助加热的微器件弯曲成形装置包括安装平台、凸模和凹模对中组件、微弯曲成形组件、进给机构、加载机构、工件定位组件、激光加热系统和控制系统八部分。安装平台由支撑架22安装于底座32的左臂下组成；凸模和凹模对中组件由反射镜34、CCDII33、三维粗调定位工作台31、三维微调定位工作台30组成，实现凸模5和凹模26的对中；微弯曲成形组件由凹模垫板29、气缸28、顶杆27、凹模26、凸模5和凸模垫板6组成，气缸(28)和顶杆(27)采用钢化玻璃，实现工件3的微弯曲成形，并通过顶杆27将工件顶出；加载机构由位移传感器7、压力传感器8、压电陶瓷9和陶瓷驱动器20组成，实现凸模5对工件3的加载；进给机构由压板10、测力传感器11和压力施加机构12和步进电机19组成，实现凸模5的进给和回程；工件定位组件由微机械手23、工件定位粗调器25、工件定位微调器24和CCD I4组成，实现工件3的放置和定位；激光加热系统由激光器1和光路系统2组成，光路系统2由光束扩展器35、光学透镜组I39、光学透镜组II49、半透半反射镜I41、半透半反射镜II43、半透半反射镜III48、半透半反射镜IV50、可旋转反射镜38、可旋转透射镜36、导光系统37、调节光斑大小的聚焦镜组I44、聚焦镜组II47、调节聚焦物镜位置的五位调节器I45、五位调节器II46、CCDIII42、CCDIV51、白光源I40、白光源IV52组成，其中可旋转反射镜38、可旋转透射镜36和导光系统37组成分光系统，将激光束分为两束达到对工件3前后两侧同时加热的目的，半透半反射镜I41、半透半反射镜IV50、CCDIII42、CCDIV51、白光源I40和白光源IV52组成观测子系统，对激光照射位置、温度分布以及成形过程进行监测并反馈到计算机16；控制系统由微型计算机16、D/A转换器17、A/D转换器14、图像采集器13、成型载荷控制器18、微机械手控制单元21组成。整个成形过程通过微型计算机16实现了闭环控制。

结合图4，本发明系统的工作流程可分为以下几步：

1.凸模和凹模对中：

结合图1，凸模5和凹模26对中分调节部分和监测部分。调节部分首先利用三维粗定位工作台31调节凹模26相对于凸模5的大概位置，然后利用三维微调定位工作台30进行精密调节；监测部分通过CCD II 33拍摄凸模5尖端相对凹模26的精确位置经图像采集器13处理输入微型计算机16，光线透过透明材料制成的顶杆27、气缸28，通过凹模垫板29、三维粗定位工作台31、三维微调定位工作台30、底座32的中心的圆孔经反射镜34反射到CCDII33中。调节部分和监测部分相结合完成凸模5和凹模26的对中。

2.工件定位：

结合图1，微型计算机16通过微机械手控制单元21控制微机械手23夹持工件3放置于凹模26上，同时微机械手23与工件定位调节器相连，利用工件定位粗调节器25调节工件的粗略位置，然后利用工件定位微调节器24调节工件3相对于凹模26的精确位置，整个调节过程由凹模26正上方的CCD I 4拍摄经图像采集器13处理输入微型计算机16进行监测，形成闭环调节系统，工件3达到预定的工作位置后，微机械手23松开并返回，撤离CCDI4，完成工件3的放置与定位。

3.激光加热工件：

结合图1，激光器1连接光路系统2，从工件3前后两侧照射工件。

结合图2，激光器1发出的激光束通过光路系统2，从两侧照射工件3，控制激光器1的功率、能量，调节光斑大小和形状，使得光斑形状与材料成形区域形状接近，大小与工件3厚度相当，通过控制照射时间使工件3瞬间达到所需的微弯曲成形温度范围。

结合图3，光路系统2由光束扩展器35、光学透镜组I39、光学透镜组II49、半透半反射镜I41、半透半反射镜II43、半透半反射镜III48、半透半反射镜IV50、可旋转反射镜38、可旋转透射镜36、导光系统37、调节光斑大小的聚焦镜组I44、聚焦镜组II47、调节聚焦物镜位置的五位调节器I45、五位调节器II46、CCDIII42、CCDIV51、白光源I40、白光源IV52组成。激光器1发出的光束经光束扩展器35、由可旋转透射镜36、导光系统37、可旋转反射镜38组成的分光系统后，被分为两束能量相同的光束，然后分别经光学透镜组I39、半透半反射镜II43、聚焦镜组I44和光学透镜组II49、半透半反射镜III48、聚焦镜组II47实现对工件3从两侧进行同时加热，五位调节器I45和五位调节器II46可以分别调节聚焦镜组I44、聚焦镜组II47与工件3之间的距离，从而达到控制光斑大小的目的。其中，光路系统2中的半透半反射镜I41、半透半反射镜IV50、CCDIII42、CCDIV51、白光源I40和白光源IV52组成两个观测系统，可以对激光照射位置、温度分布以及成形过程进行观测。

4.凸模进给：

结合图1，由于进给位移相对于加载位移较大，故采用步进电机19作为驱动器，微型计算机16通过成形载荷控制器18控制步进电机19，通过压力施加机构12和压板10，使凸模5匀速向下运动，当凸模5与工件3接触后将产生压力，同时与顶杆27将工件3压紧，可以防止工件3滑动，此时测力传感器11将信号通过A/D转换器14反馈给计算机16，步进电机19停止转动，完成凸模5的进给。

5.凸模加载：

结合图1，由于压电陶瓷的输出位移精度可以达到纳米级，能够满足微成形工艺对位移高控制精度的要求，本发明采用压电陶瓷作为微驱动器。上一流程中步进电机19停止转动的同时，微型计算机16通过成形载荷控制器18控制陶瓷驱动器20，通过压电陶瓷9，使凸模5继续向下运动对工件3进行加载，同时由于气缸28的作用，凸模5与顶杆27将工件3压得越来越紧，当凸模5到达下死点位置时，位移传感器7和压力传感器8将信号通过A/D转换器14反馈给计算机16，控制陶瓷驱动器20继续加载1秒钟，由于顶杆27和凸模5的设计考虑了回弹的影响，可以使工件精确微弯曲成形，之后陶瓷驱动器20停止加载，完成微型弯曲件的成形。

6.凸模回程：

结合图1，上一流程中陶瓷驱动器20停止加载后，计算机16控制步进电机19又开始反转，凸模5和顶杆27夹着工件匀速向上运动，当运动到凹模26上表面时，工件停留在凹模26上面，凸模5继续向上运动直到上死点。

7.取弯曲件：

结合图1，在上一流程中，凸模5继续回程的同时，微型计算机16通过微机械手控制单元21控制微机械手23将弯曲件从凹模26上取走，此时凸模5到达上死点，该系统将进入下一循环。

本装置的细节说明：

结合图1和图2，本发明通过减小凸模与材料的接触面积和顶杆头部V型角度来防止弯曲件的回弹，当然也可以借鉴宏观模具设计中的其他设计经验，结合微弯曲成形的特点，进行微成形领域的防回弹措施方面的创新。

结合图1，本发明为了提高成形精度采用压电陶瓷作为微驱动器，如果精度要求不高可以考虑采用步进电机等其他的驱动装置。

结合图1、图2和图3，本发明为了简化装置和降低成本，采用激光束从两端同时对工件进行加热的方法，当然也可以采用其他的加热方式，比如将顶杆、气缸用可透光耐高温的材料制成，激光束可以从工件下方加热工件。

结合图1，本发明采用可透光材料制作的气缸和顶杆以方便凸模和凹模的对中，也可以使用两侧双气缸，凹模垫板中间打孔方便光线透过，如果精度要求不高可以不使用顶出机构，直接在凹模上开小孔使光线透过实现凸模和凹模对中。

结合图1，本发明设计微型V形弯曲件的成形，如果改变模具的结构和形状即可成形其他形状的工件，如U形件以及拉伸件、冲压件等，但激光加热方式也需相应改变。

结合图1和图3，本发明通过调节光斑大小来加热工件，可以通过改变光路系统来实现对U形件、Z形件等复杂的微器件的加热，对于成形区域过大的工件，可以考虑通过移动式加热方式动态加热工件。

综上所述，本发明所设计的一种微器件弯曲成形方法及装置，将激光辅助加热应用到微弯曲成形领域，解决了常规的微弯曲方法难以成形的复杂微器件以及难成形材料的成形问题，可以实现低成本批量化生产。对本发明的成形模具或者激光加热方式适当修改就可以成形其它的微型件。本发明的系统设计合理，工艺简单，可控制性好，适用于工业化生产。

Claims (5)

1.一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)利用三维粗定位工作台和三维微调定位工作台，并利用CCD II摄像头、图像采集器和监测部分的共同处理完成凸模和凹模的对中，其中监测部分通过CCDII拍摄凸模(5)尖端相对凹模的精确位置，然后经图像采集器处理输入计算机来实现对中，并通过微机械手结合CCD I摄像头完成工件的放置与定位；

2)以激光器为热源，使激光器能量连续变化，发出的激光束通过光路系统，接着从工件两侧照射工件，根据工件变形区域的不同调节光路系统，调节光斑大小和形状，使得光斑形状与材料成形区域形状接近，大小与工件厚度相当，对微小工件两侧同时进行非接触式准静态加热，利用激光的热作用和热传导，并通过控制照射时间使工件瞬间达到所需的微弯曲成形温度范围，对于不同形状的弯曲件，设计相应的弯曲模具，根据弯曲件加热区域通过调节光路系统来调节激光加热的区域，最终达到适合材料微弯曲成形的温度范围；

3)激光加热系统与微弯曲成形组件相结合，利用步进电机作为驱动器，驱动实现凸模进给，通过压力施加机构使凸模匀速向下运动至与工件接触，然后采用压电陶瓷作为微驱动器使凸模继续向下运动对工件进行加载，完成微器件的弯曲成形，成形过程中通过减小凸模与材料的接触面积和顶杆头部V型角度来减少回弹；

4)通过使步进电机反转带动压力施加机构使凸模回程，同时通过微机械手将弯曲件从凹模上取出，其中控制系统实现了对凸模和凹模对中、工件定位、凸模进给和加载以及回程的闭环控制。

2.为实施权利要求1所述的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形方法的装置，包括安装平台、凸模和凹模对中组件、微弯曲成形组件、进给机构、加载机构、工件定位组件、激光加热系统和控制系统八部分。安装平台由支撑架(22)和底座(32)组成，支撑架(22)安装于底座(32)的左臂下；凸模和凹模对中组件由反射镜(34)，CCDII(33)，三维粗调定位工作台(31)、三维微调定位工作台(30)组成，其中反射镜(34)和CCD II(33)布置于底座(32)正下方，底座(32)上方依次安置三维粗调定位工作台(31)和三维微调定位工作台(30)，底座(32)，三维粗调定位工作台(31)和三维微调定位工作台(30)中间均开通孔以便光线通过；微弯曲成形组件安置于三维微调定位工作台(30)之上，包括凹模垫板(29)、气缸(28)、顶杆(27)、凹模(26)、凸模(5)和凸模垫板 (6)，由下至上依次为凹模垫板(29)、凹模(26)、凸模(5)和凸模垫板(6)，其中凹模垫板(6)中间开孔以安装气缸(28)，顶杆(27)位于气缸(28)和凹模(5)内，气缸(28)和顶杆(27)均用可透光材料制造；加载机构位于凸模垫板(6)之上，包括位移传感器(7)、压力传感器(8)、压电陶瓷(9)和陶瓷驱动器(20)，由下至上依次为位移传感器(7)、压力传感器(8)和压电陶瓷(9)，陶瓷驱动器(20)位于压电陶瓷(9)左侧：进给机构位于加载机构上方，由压板(10)，测力传感器(11)、压力施加机构(12)和步进电机(19)组成，由下至上依次为压板(10)、测力传感器(11)和压力施加机构(12)，步进电机(19)位于压力施加机构(12)左侧；工件定位组件由微机械手(23)，工件定位粗调器(25)，工件定位微调器(24)和CCDI(4)组成，其中工件定位粗调器(25)和工件定位微调器(24)由下至上安置于支撑架(22)之上，微机械手(23)位于支撑架(22)和工件(3)之间，CCDI(4)位于凸模(5)和凹模(26)之间；激光加热系统位于整个装置的右侧，与工件(3)水平放置，由激光器(1)和光路系统(2)组成；控制系统由计算机(16)，D/A转换器(17)，A/D转换器(14)、图像采集器(13)、成形载荷控制器(18)、微机械手控制单元(21)组成，其中成形载荷控制器(18)一端与步进电机(19)和陶瓷驱动器(20)相连，另一端通过D/A转换器(17)与计算机(16)相连，微机械手控制单元(21)的两端分别与微机械手(23)和D/A转换器(17)相连，A/D转换器(14)一端与计算机(16)相连，另一端与位移传感器(7)、压力传感器(8)和测力传感器(11)相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形装置，其特征在于通过调节光路系统(2)来调节激光加热的区域，并相应改变凸模(5)和凹模(26)的形状，以成形不同形状的微弯曲件。

4.根据权利要求2所述的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形装置，其特征在于：光路系统(2)由光束扩展器(35)、光学透镜组I(39)、光学透镜组II(49)，半透半反射镜I(41)、半透半反射镜II(43)、半透半反射镜III(48)、半透半反射镜IV(50)、可旋转反射镜(38)，可旋转透射镜(36)，导光系统(37)，调节光斑大小的聚焦镜组I(44)，聚焦镜组II(47)、调节聚焦物镜位置的五位调节器I(45)、五位调节器II(46)、CCDIII(42)、CCDIV(51)、白光源I(40)和白光源IV(52)组成，其中可旋转反射镜(38)，可旋转透射镜(36)和导光系统(37)组成分光系统，将激光束分束，对工件(3)前后两侧同时加热，半透半反射镜I(41)、半透半反射镜IV(50)、CCDIII(42)、CCDIV(51)、 白光源I(40)和白光源IV(52)组成观测子系统，对激光照射位置、温度分布以及成形过程进行监测并反馈到计算机(16)。

5.根据权利要求2所述的一种基于激光辅助加热的微器件弯曲成形装置，其特征在于：计算机(16)控制微机械手(23)将工件(3)放置于凹模(26)上，然后通过工件定位粗调器(25)和工件定为微调器(24)控制微机械手(23)，并结合CCDIV(51)拍下的工件(3)相对于凹模(26)的位置实现工件(3)的放置、定位和取出。 

Images