CN101801591A - 飞切头、系统与方法以及用其制造的工具与片材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞切系统，尤其是一种包括用于控制由飞切头承载的切削元件的位置、定向或这二者的动态可控型致动器的飞切系统。在某些实施例中，所述致动器可以每秒数百次或数千次的频率来调整切削元件的位置或定向或这二者，从而能够精确控制利用所述切削元件在工件表面中形成的特征结构之形状。

Description

飞切头、系统与方法以及用其制造的工具与片材

技术领域

本发明公开了用于在工件中产生凹槽或类此特征结构以形成微复制工具的此类飞切装置、使用这类装置的系统和方法、由其制造的微复制工具、以及利用所制造的微复制工具制造的片材。

背景技术

精密设计的表面，例如包括控制和引导光的线状棱镜或角锥棱镜的聚合物型光学薄膜，可用于多种应用中。例如，角锥棱镜片材可适于将光反射回其光源，这使得逆反射片材可用于交通标志或车辆牌照。可使用另一种类型的薄膜，其具有将薄膜粘附至表面的微结构化粘合剂层，从而在薄膜和表面之间具有较少的气穴，这使得外观和性能均得到改善。

制造这种薄膜的一种方法为雕刻金属辊以形成微复制工具，随后使用该刀具形成薄膜。例如，可将诸如聚酯之类的熔融聚合物挤出到微复制工具上并且随后进行移除。于是，该薄膜的一个表面会呈现出跟微复制工具上的图案相反的结构。如果那些图案设计得当，那么除了其他用途以外，薄膜就可用于上述目的。

美国专利No.5,175,030(Lu等人)公开了已成功用于某些应用中的线状棱镜或直线状凹槽薄膜。该专利还公开了用来在其上制作有直线状凹槽薄膜的微复制工具或辊。这种类型的辊的表面是通过将一系列相邻的个体凹槽切入或者更一般地说，将单个螺旋凹槽切入(通常称为“螺纹切削”)该表面中来产生的。尽管以此方式制造的微复制工具往往呈现相当精确的凹槽，但产生该刀具所需的时间是相当长的。例如，利用传统的切削刀具进行钢辊的螺纹切削会需要连续工作数周的。如果经常使用微复制工具来制造薄膜，那么在产生新的微复制工具之前其可能甚至已磨损或者说是变得不可用。因此，已提出了用于制造具有直线状凹槽或其他类此特征结构的微复制工具的较快方法。

一种刀具切削技术称为“飞切”，其中将具有金刚石刀头的切削刀具安装在可旋转轮毂上。美国专利申请No.2004/0045419 A1(Bryan等人)公开了这种类型的飞切装置。当轮毂旋转时，该切削刀具周期性地切入辊的表面，从而留下近似圆弧形的凹槽。一系列的圆弧可在凹槽的长度方向和横向(即侧向)上彼此搭接，从而在纵向截面产生具有扇形褶皱外观的凹槽。这些凹槽在用微复制工具形成的薄膜中或薄膜上产生对应的扇形褶皱结构，其根据薄膜的所需特性可能是理想的。

考虑到这些及其他传统的工具切削装置与方法，提供用于高速产生具有所需表面形状的凹槽的微复制工具的新型飞切头、系统与方法以及提供利用这种刀具制造的薄膜或片材将是有益的。

发明内容

本发明包括若干不同的形态或实施例。一个实施例为具有动态可控型致动器的飞切头，所述致动器用于改变刀架的位置或定向或这二者。对于本发明而言，“致动器”包括响应信号而产生运动的运动元件。刀架可固定(例如)适于改变工件形状或从工件移除材料的切削元件或刀具或锤击元件或任何其他器具。致动器可改变刀架(并且从而改变切削元件)沿轴线的位置或其相对于轴线的定向。致动器可根据飞切头的旋转位置或者根据切削元件相对工件的位置来改变切削元件的位置。在一些其中切削元件相对飞切头的旋转轴线径向伸出的实施例中，致动器可改变切削元件相对于飞切头的旋转轴线的切削半径。由于刀架可固定切削元件或其本身包括切削元件，因此当指对“切削元件”进行定位或定向应理解为包括对任何相联接刀架的定位和/或定向。

致动器可为快速刀具伺服机构(FTS)的部件，其可响应电信号而启动。致动器可以随机方式或以伪随机方式(例如，根据重复的随机轮廓曲线)或根据预定轮廓曲线来改变切削元件的位置。预定轮廓曲线可使切削元件形成具有某些理想特点或特性(例如，在一个或多个轴线方向上有变化或没有变化)的特征结构或凹槽。可在工件中形成的可用特征结构的一个实例在传统技术中被称为“平底凹槽”，(就在其直径显著大于凹槽深度的圆柱形辊上形成的凹槽而言)平底凹槽实际上并不是平底的，而是在凹槽底部相对于辊具有基本恒定的曲率半径的凹槽，这样使得在该辊上形成的片材或其他薄膜具有基本上为直线状的尖峰。

本发明的飞切头可与用于检测飞切头的角度位置变化的编码器一起使用。编码器可适于将表示飞切头的角度位置的信号传送至控制系统。飞切头也可与控制系统或者与编码器和控制系统这二者一起使用。控制系统可根据从一个或多个编码器接收到的信号，向一个或多个致动器发送信号以控制致动器，并且从而控制任何相联接的切削元件。致动器可根据需要实现对宏观位置或微观位置或者对宏观位置和微观位置这二者的控制。

另外公开了多种方法，包括(例如)用飞切头在工件的表面内形成特征结构的方法。该方法包括提供具有切削元件和致动器(用于控制切削元件相对于飞切头的位置或定向)的飞切头的步骤。该方法还可包括根据切削元件相对于工件的角度位置来控制切削元件相对于飞切头的位置或定向的步骤。该步骤可包括以能够使切削元件在工件中形成基本上为平底的凹槽的方式来控制切削元件的位置。该步骤可另外包括或作为替代包括：通过在切削元件与工件接触的时间中的至少部分期间改变切削元件的有效切削半径的方式来控制切削元件的位置。

在本发明方法的另一个实施例中，工件适于围绕旋转轴线进行旋转，并且设置飞切头使其旋转轴线相对于工件的旋转轴线成一角度，如下文所述。在一些实施例中，可根据工件的旋转速度来确定该角度，这样使得当工件旋转时切入工件中的特征结构被设计为考虑了工件旋转。

最后，本发明在其范围内包括利用上述方法制造的微复制工具以及使用任何这种微复制工具制造的聚合物片材。这种片材可用于(例如)显示器中，例如计算机显示器。

本发明的这些以及其他形态在下文中有更详细的描述。

附图说明

本发明将参照附图进行描述，其中：

图1为根据本发明的飞切系统的示图；

图2为根据本发明的飞切系统的示图，其中飞切头相对于工件的旋转轴线倾斜成一角度；

图2A根据本发明的飞切头的分解视图；

图3为根据本发明的安装在致动器上的切削元件的示图；

图4为安装在致动器上的切削元件的示图，其中切削元件和致动器的位置还可被第二致动器控制；

图5为飞切头以及在工件中形成凹槽的切削元件的剖视图；

图6为根据本发明的飞切头以及在工件中形成平底凹槽的切削元件的剖视图；

图7为具有根据本发明的对齐的各个凹槽以及纵向延伸的凹槽的示例性微复制工具的透视图；

图8A、8B、8C和8D为根据本发明形成的代表性凹槽图案的平面图；

图9A为剖视图，表示具有将凹槽或凹槽段切入工件中的锋利切削元件的理想化飞切头的一部分；以及

图9B为剖视图，表示具有将凹槽或凹槽段切入工件中的不太锋利或钝的切削元件的理想化飞切头的一部分。

具体实施方式

本发明包括若干实施例，其中包括具有诸如控制切削半径之类的某些动态可控特征结构的飞切头或系统，以及其他的装置、系统和方法，如下文详细所述。这些装置、系统和方法可用于制造也是根据本发明的微复制工具，并且这些工具又可用于产生也是根据本发明的诸如微结构化聚合物片材那样的微结构化表面。

飞切通常是指诸如金刚石之类的切削元件的使用，其中切削元件被装到或装入位于可旋转飞切头或轮毂周边的刀柄或刀架上，然后将可旋转飞切头或轮毂相对于其中有待加工凹槽或其他特征结构的工件表面进行设置。飞切通常为不连续的切削操作，这是指每个切削元件与工件接触一段时间，然后与工件分离一段时间，在此时间段期间飞切头使该切削元件旋转通过圆的剩余部分直至其与工件重新接触。尽管飞切操作通常为不连续的，但在工件中利用飞刀形成的所得凹槽段或其他表面特征结构可随意地为连续的(例如，通过一系列单独的、而且连贯的切削形成)或不连续的(通过不连贯的切削形成)。尽管本发明最经常描述于通过使用切削元件的飞切来从工件中移除材料的上下文中，但本发明在其范围内还包括利用装配有锤击元件而不是切削元件的飞切头来锤击表面或以其他方式使表面变形的操作。

图1示出了飞切系统10的一个实施例，其中包括相对于工件定位的飞切头12。图2A为根据本发明的飞切头的分解视图，但致动器以及下文描述的某些其他特征结构未示出。工件可为由诸如不绣钢之类的金属制成的辊14，其外侧是由较易加工的材料(例如黄铜、铝、镍磷合金、硬铜或聚合物)制成的。为简明起见，在此说明书中工件将经常被称为“辊”，但是该工件可根据系统而适当地调整为平面状、凸面状、凹面状，或者复合形状或其他形状。因此，在本说明书中的术语“辊”拟用来例示一些具有任何合适形状的工件。该工件可包含设于一端的测试环带，在该处飞切头可被编程而切削出测试图案，以确定飞切头和工件是否适当地相互定位并彼此同步。然后，可评价在测试环带上形成的特征结构之特性，并且一旦飞切头和工件的操作得到优化，就在工件的不同部分上进行实际加工操作。测试环带不是必需的，但它们对于确定须执行什么调整来使系统的实际性能与系统的理想或理论性能相一致是有效的。

图示实施例中的飞切头带有至少一个刀架15，其用于固定或包括切削元件16。切削元件可为合适的工业金刚石(选择用于在辊的外表面中切削一个或多个凹槽或其他特征结构)或者另一种合适的切削元件(例如锋利的金属尖头)。尽管在本文中为简便起见，可将在工件中利用切削元件产生的形成物称为“凹槽”或“凹槽段”，但也可根据它们的特征结构将其称为谷、狭槽、凹口、扇形褶皱或者统称为“特征结构”。

如图1所示，可对于飞切头12和工件14指定坐标系。这些坐标系的指定是任意的，并且被提供以便于在提供的附图环境中理解本发明，并非限定本发明的范围。坐标系是相对于切削元件的刀头进行示出的，并且包括互相正交的X、Y和Z轴。X轴垂直于辊14，并且在图示实施例中穿过辊14的旋转中心轴线。Y轴在垂直方向延伸，如图1所示，Y轴垂直延伸，并且在图示的实施例中平行于或重合于辊的外表面的切线。Z轴在水平方向延伸并且与辊的中心轴线平行。图示实施例中的工件还具有旋转轴线C，并且工件可相对于该轴在任一方向旋转。飞切头12具有旋转轴线A，其平行于图1中的Y轴。如果工件为平面状(诸如板状或盘状)而不是圆柱形，那么可以相应地调整前文中各轴线的名称，以便于在该语境下理解本发明。

飞切系统10可用于高精度、高速度的加工，以下首先对本发明的系统进行概述，然后就各个部件及其操作和使用作详细描述。

图1为根据本发明的一个实施例的飞切系统10的示图。系统10由计算机或控制器18控制，所述计算机或控制器可包括或可操作地连接到用于存储一种或多种应用的主存储器、用于信息的非易失性存储的辅助存储器、用于产生可输出至致动器或其他装置的波形数据文件的函数发生器、用于接收信息或命令的输入装置、用于执行在存储器或辅助存储器中存储的或者从另一个源接收的应用的处理器、用于输出信息的直观显示的显示装置、用于以其他形式(例如扬声器或打印机)输出信息的输出装置、或者上述装置中两种或多种的任何组合。控制器可使用电缆20或合适的无线连接来交换数据或信号。

工件-图示实施例中的辊14-可固定地支承在由马达驱动的主轴系统上，所述马达由从控制器接收的指令信号进行控制。主轴系统可包括一个或多个轴承22，例如空气或静压轴承。为简便起见，轴承22仅在图1中的辊的一端示出，且未在图2中示出，但它们可相对于工件设置或支承在任何合适的位置。辊可由马达24在任一方向转动，或者，如果该工件不是圆柱形或是用不同的系统定位，则响应控制器18提供的指示而定位。一种示例性的装有马达的主轴系统可在名称4R或10R(此型含空气轴承)下购自Professional Instruments(Hopkins，Minnesota)，或是一种适用于较大工件的供油式静压主轴系统，可购自Whitnon Spindle Division，Whitnon Manufacturing Company(Farmington，Connecticut)。主轴系统最好还包括旋转编码器26，其适于在所要求的精确性程度内检测主轴的位置并从而检测工件的位置，并且将该信息传送至控制器，以便控制器能够使工件和飞切头通过下述方式同步。

飞切头最好被支承在飞切台30上，该飞切台可称为“x-台”。该x-台被调整为可沿X、Y、和Z轴中的至少一个轴线移动，优选为如图1所示沿着X和Z这两个轴线移动，更优选为依次地或最好同时地沿着X、Y和Z全部三个轴线移动，以将飞切头和一个或多个切削元件相对于工件定位。如本领域周知，x-台可在一个以上的维度或方向上基本同时地移动，以在控制器的控制下在三位空间中容易地确定刀片位置。

致动器28从控制器18接收信号，从而控制切削元件16在工件中形成特征结构(例如切口或凹槽)的方式。致动器28优选可拆卸地连接到飞切头12，方式为直接连接或者通过卡座32或支座间接地连接。尽管图3所示的致动器仅会沿X轴伸出切削元件，但可提供沿任何轴线或围绕任何轴线(旋转)来移动切削元件的致动器。例如，图4包括适于沿与致动器28不同的轴线来改变切削元件位置的第二致动器28’。可修改图4所示的布置方式，以使致动器28’重新设置成可垂直移动刀架(图中所示)，因此刀架和所联接的切削元件可在切削过程期间横向移动。

其他的传统加工技术可结合本发明的系统及其部件进行使用。例如，可使用冷却液来控制切削元件、飞切头、致动器或其他部件的温度。可提供温度控制单元来维持冷却液在其循环时温度基本上恒定。温度控制单元和冷却液贮存器可包括使流体循环流过或流向各部件的泵，并且它们还通常包括使流体散热的制冷系统，以使流体保持基本恒定的温度。使流体循环并且提供流体温度控制的制冷系统和泵系统在本领域是已知的。在某些实施例中，还可将冷却液施加在工件上，以在工件加工时保持基本恒定的表面温度。冷却液可为例如低粘度油等油品。

加工工艺的其他形态对于本领域技术人员也是已知的。例如，可以干式切削或使用油或其他加工助剂来切削辊；高速致动器可能需要冷却；任何空气轴承(诸如支承主轴的轴承)应使用洁净的干燥空气；并且主轴可用油冷却套或类似装置冷却。这种类型的加工系统一般被调整为可顾及各种参数，诸如部件的联动速度和工件材料的特性，诸如对于给定体积的待加工金属的比能，以及工件材料的热稳定性和性质。最后，PCT专利公布WO00/48037中记载这种类型的某些金刚石车削部件和技术以及美国专利公布2004/0045419 A1(Bryan等人，该专利被转让给本发明的受让人)中记载的飞切部件和技术，在本发明的环境中也是可用的，这两个专利的内容以引用方式并入本文。

优选通过上述系统的各种部件的协调运动来完成工件的加工。为了在根据本发明的工件上的预定位置处提供凹槽或其他特征结构，飞切头承载的每个切削元件的位置应与工件位置协调或同步。例如，在一组平行于Z轴的对齐凹槽段将被切入在加工时旋转的辊的情况下，控制系统最好相对于辊适当地定位飞切头的切削元件，以使接续的凹槽段实际上对齐。

在一个实施例中，可通过提供与辊联接的位置编码器(例如角度编码器)以及与飞切头联接的另一个位置编码器来实现这种同步。当前有至少两种类型的编码器可供使用-增量式编码器和绝对值编码器。增量式编码器可能价格较低，且如果与指示辊或飞切头的已知位置的分度信号一起使用(举例而言)，则可有效地作为绝对值编码器使用。与辊(或其上装有辊的主轴)联接的编码器26的分辨率应足以使该辊沿其旋转轴线的位置的检测精度达到小于所需凹槽节距的几分之一或小于经加工而切入该辊之特征结构的其他尺寸的几分之一。凹槽节距为从一个凹槽的中心到下一个相邻凹槽的中心的距离或者从一个尖峰到下一个相邻尖峰的距离，并且对于其他表面特征结构通常可计算相应的尺寸。在一个实施例中，主轴的旋转位置、飞切头的旋转位置以及飞切平台的z-轴位置均相互配合并受控。在另一个实施例中，飞刀能够以较为恒定的角速度操作，并且仅主轴的旋转位置和飞刀平台的z-轴位置受到控制。在另一个实施例中，辊的旋转位置以及飞切头的对应位置是彼此配合的(有时称为“电子接合”)，以使得这二者的位置总是同步。如果合适，可使用其他的同步方法(例如)将凹槽或其他特征结构以相对于辊的中心轴线成一角度的方向切入该辊中。可利用在控制器中的软件、固件或它们的组合中实现的数字控制技术或数字控制器(NC)来控制各种部件的位置和速度。

在其中工件为围绕其纵向轴线旋转的圆柱形辊的情况下，被布置成可切削平行于该轴线的凹槽或一系列凹槽的飞切头可能需要重新定向，以使得所得的凹槽或凹槽系列实际上平行。换言之，如果当辊静止时切削元件在辊中切出平行凹槽，那么若允许该辊在切削期间旋转，则将(其他参数不变)在辊中切削出轻微弯曲的凹槽。抵消这种效果的一种方法是使飞切头成一角度，以致切削元件在该辊的旋转方向上在其切削结束时比在其切削开始时更远。由于该切削元件仅在短距离内与辊接触，其结果可以近似于在辊表面的平行切削，尽管该辊在旋转。也可对系统作其他方式的调整而达到相同或类似的目的，例如通过使飞切头能够绕着辊旋转线以跟上辊的旋转，虽然其实现成本可能较高。在另一个实施例中，改变切削元件在Y方向上的位置的致动器可用于改变切削元件在垂直方向的位置(在图示的布置方式中)。

图2示出了其中飞切头被布置为相对于Y轴成α角，从而使其在工件中形成相对于该工件的纵向轴线成大约45°角的特征结构的实施例。测定角度α的坐标系是任意的，且并非有意限定飞切头可设置的其他位置或定向。角度α可在0至360°的范围内。一般而言，飞切头可相对于任何轴线成角度，或者围绕任何轴线旋转(或相对于任何轴线倾斜)。

可与任何合适的飞切头一起来提供本发明的特征结构。图3和4中所示的飞切头12包括可将切削元件固定于飞切头的部位，在一个实施例中包括通过使用可固定切削元件的卡座32。飞切头还包括空气轴承114，其可包括气口108并且连接到驱动飞切头的马达(例如直流马达)上。与飞切头联接的旋转编码器感测支承飞切头的主轴112的旋转位置，这是有用的，因为随后可动态控制切削元件的位置使其旋转位置相对工件同步，如本文所述。可根据需要选择飞切头的其他特性。例如，可使用较大直径的飞切头来产生由于较大的切削半径而自然具有较平底部的凹槽(与利用较小直径的飞切头相比)。

切削元件可为单晶或多晶金刚石、碳化物、钢、立方氮化硼(CBN)或任何其他的合适材料。合适的金刚石刀片得自K & Y Diamond公司(Quebec，Canada)。切削元件诸如金刚石的几何形状和切削元件的刀柄或刀架可以专门设计，以形成要求工件具备的表面特征结构或效果。切削元件一般可替换，可包括一种以上的刀片或其他特点，例如在美国专利公布No.2003/0223830(Bryan等人)中记载的那样，其内容以引用的方式并入本文。金刚石切削元件可在亚微米尺寸上研磨加工(包括例如通过离子减薄)，以产生将会形成几乎任何所要求构型之特征结构的切削元件。

最好用切削元件卡座或支座32来固定切削元件16，并且用致动器来定位或重新定位切削元件(单独地或者与卡座或支座一起)。尽管卡座可用于本发明的某些实施例中，以方便切削元件的更换和精确定位，但也可以将切削元件直接安装到致动器上而不用这种支座，如图3所示。支座(如果使用的话)可由下述材料中的一种或多种制得：烧结碳化物、氮化硅、碳化硅、钢、钛、金刚石或合成的金刚石材料。用于切削元件支座32的材料优选为刚性的并且具有低质量。切削元件可通过粘结剂、钎焊、锡焊或以其他方式直接固定到致动器上。

为了在切削之前、期间或之后控制由飞切头承载的一个或多个切削元件的位置或定向或者这二者，提供了至少一个致动器28。致动器可为在切削元件的位置或定向上实现改变的任何装置，并且可为快速刀具伺服机构(FTS)的部件。快速刀具伺服机构一般包括称为压电堆的固态压电(“PZT”)装置，该装置能够快速调整附装在压电堆上的切削刀具的位置。现在已有具有亚纳米定位分辨率的压电堆，它们反应非常快，且使用数百万甚至数几十亿个循环后依然无磨损。致动器，诸如那些包括在快速刀具伺服机构内的致动器，可同使致动器能够调整定位差的位置传感器一起用于闭环操作，或用于不带位置传感器的开环操作。

在本发明的一个实施例中，将致动器设置在飞切头和切削元件之间以便相对于前者为后者进行定位或定向。在其他一些实施例中，不止一个的致动器被提供并与各切削元件联接，以使得可在相应数量的方向或定向或这二者上控制切削元件的位置或定向。例如，在图4中，一个致动器28改变切削元件沿X轴方向的位置，并且第二致动器28’改变切削元件沿Z轴方向的位置。

已示出可用的一个致动器为PZT致动器，例如以商品名D1CN10得自Kinetic Ceramics公司(Hayward，California)的致动器，其可任选地具有钻穿致动器的孔洞以便于安装。这种致动器响应电信号的变化而改变长度，并且具有大约9微米的最大行程距离以及大约25kHz(对于该系统，包括刀头)或90kHz(对于压电体本身)的谐振频率。当需要较长的行程距离时，运动放大型PZT致动器也是可用的，如同音圈致动器或磁致伸缩致动器(例如目前可利用商品名“Terfenol-D”得自Etrema Products公司(Ames，Iowa)的致动器)、或者其他的压电元件一样可用。为某个应用选择的特定致动器取决于该应用中的更换、频率响应、硬度以及所需的运动(例如旋转或弯曲运动)要求。

在其中不止一个的切削元件与飞切头一起使用的实施例中，可将一个、多个或全部的切削元件与本文所述的致动器一起使用。例如，可使用具有一个固定位置型切削元件和第二动态可控型切削元件的飞切头，使得前者有助于从工件中移除较大量的材料，而后者有助于在由固定位置型切削元件形成的“预切削”特征结构内或附近形成具体特征结构。或者，在此种类型的实施例中，“固定位置”型切削元件也可为由致动器进行动态控制的切削元件，但其中未使用动态可控性能。换言之，这种致动器可改变切削元件的位置，但控制系统仅将该切削元件保持在固定位置。另外，在切削元件与工件接触的期间，切削元件可相对于飞切头保持在恒定位置，并且随后其位置或定向或者这二者可在切削元件不与工件接触的间期内进行改变。

致动器可通过一个或多个金属导线、光纤或其他信号传输器件接收一个或一种以上的信号。例如，致动器可接收交流或直流电力而产生可改变刀架的位置或定向的原动力。致动器也可接收驱动信号，该驱动信号可与由致动器执行的位置或定向之改变成比例。致动器可接收允许或使其返回至起始状态、位置或定向的基准信号，例如零电压信号。最后，该致动器或所结合的硬件可发送反馈信号，该信号例如提供关于刀架或切削元件的位置或相对位置的信息，以使刀架或切削元件的位置或定向上的后续改变可被适当调整。可通过专用的金属导线或光纤来传送所述类型的信号或其他信号，或者在适当的情况下可将它们沿单一金属导线或光纤进行多路传送。文中描述的电力和信号(或任何其他必需或有用信号)的传输中，也会需要用以从静止部件向转动部件传送信号的滑环或其他机构，如本领域所周知。一种可能有用的滑环可在品名09014下购自Fabricast，Inc.(South El Monte，California)。传送电力或信号或这二者的其他部件包括汞润滑环、光纤旋转接头(FORJ)和无触点磁性滑环。

本发明的另一形态涉及对于与致动器相关的滞后效应的出现进行补偿。如相对于本发明所用，术语“滞后效应”是指致动器(并且因此刀架和所联接的切削元件等)在一个方向上行进的路径可能与其在相反方向上行进的路径不是同一路径，但起点和终点基本上相同。如果不对这种滞后效应进行补偿，那么特征结构的实际形状将不与特征结构的预期形状相对应，这可能是不可取的。

克服所述类型的滞后效应的一种方法是使用改进的信号放大器，例如电荷控制放大器，以便控制供给致动器的电荷而不是电压。据信这可导致滞后效应的10x至20x的降低。另一种方法是使用反馈系统，例如包括光子探针的反馈系统，以便检测致动器(或者刀架或切削元件)在两个行进方向上的位置或定向，并且用该信息来控制发送到致动器的信号以补偿滞后效应。以上这两种方法可结合使用。第三种方法为调整用于致动器的信号的波形以补偿已知的滞后效应。例如，取代发送引起致动器使刀架伸出已知距离的5伏电压信号以及引起致动器返回其原始位置(但由于滞后效应而通过不同的路径)的0伏电压信号，而将这些信号调整得使“外出”和“返回”路径基本相同。据信该方法在相同特征结构重复性形成于工件中的情况下效果良好，这是因为单一补偿波形可重复地进行使用，但在接续的特征结构不同的情况下就成为无效，因为必须为各接续特征结构重新生成补偿波形。

到致动器的信号或电力传输连接由线40和42表示，如上所述这些线可为(例如)金属导线或光纤，信号或电力或者这二者通过这些线从控制器传送至一个或多个致动器，并且(例如)就反馈系统而言，从致动器传送至控制器。由于PZT效应并且基于所施加电场的类型，可产生切削元件16的较小和精确移动。另外，可将致动器28的末端对着一个或多个贝氏(Belleville)弹簧垫圈安装，该垫圈便于对致动器预载。贝氏弹簧垫圈具有一定的伸缩性，允许致动器和与其附连的切削元件移动。如果致动器具有多个压电堆，它就可分别使用放大器来独立控制每个压电堆，所述压电堆用于独立地控制附接其上的切削元件的运动。

致动器28被直接地或(如图3和4所示)通过卡座32被间接地固定安装到飞切头12上。固定连接被尽力优先选用，以便为切削元件16的精确可控移动提供所需的稳定性。此实例中的切削元件16上的金刚石为V形对称金刚石，但为具有垂直刻面的偏置型45度金刚石，或者可以使用其它类型的金刚石。例如，切削元件可为偏置型金刚石、非对称V形金刚石、或者圆头的、扁平的或弯曲刻面的刀具。致动器可包括一些口，用于接收从贮存器泵出的冷却液(例如油)，使冷却液围绕该致动器循环并将冷却液输送回贮存器。

在本发明的某些实施例中，选用的致动器为动态可控型致动器。术语“动态可控型”及其变形是指能够在不停止飞切头的情况下调整刀架(以及任何所联接切削元件)的位置或定向的本发明之特点。在一个优选实施例中，刀架(以及任何所联接的切削元件)的位置或定向或者这二者可在切削元件切削工件的期间进行改变，或者可在切削元件不切削工件的期间进行改变。例如，当致动器接收到改变切削元件沿(例如)X轴的有效长度的信号(例如电信号)时，本发明的动态可控型飞切头就可调整切削元件的有效切削路径。作为替代或另增的方式，动态可控型飞切头可改变切削元件沿其他轴的位置，或改变围绕一个或多个轴进行旋转的位置，或组合地改变以上这些位置中的多个。作为对照，其他的飞切头仅允许对飞切头进行静态调整以改变切削曲线，例如当飞切头停止时通过使用扳钳或其他工具来调整。

致动器可使用开环控制系统(其中将一组计算机数字控制(CNC)信号送至致动器以控制致动器)或闭环控制系统(其中在旋转期间检测切削元件的位置并且使用该位置信息不断地产生或调节用于控制致动器的信号)进行控制。本文所述类型的致动器在10kHz或甚至50kHz或更高的频率下可执行顺序指令(基于其接收的信号)，并且因此可进行切削路径的增量调整以便提供具有非常高的分辨率的表面特征结构或在过去使用飞切系统不易产生的特征结构。另一方面，致动器可用于执行0Hz(就固定信号而言，其中刀片的位置与定向不是动态可控的)或更高频率的低速信号。例如，飞切头可利用该系统将底部相对于工件具有大约恒定的曲率半径的凹槽段切入工件中，如图6所示，具体切削方式如下：在切削的第一部分期间逐渐减小切削半径，随后在切削的第二部分期间逐渐增加切削半径。

在一个实施例中，本发明的飞切头包括调节切削元件的切削半径的动态可控型致动器。在图5中，没有相对于飞切头的旋转轴线来改变切削元件16的位置，因此切削元件将具有示为曲线L的切削路径。应当注意，图5和6为切削元件以90度角(相对图1所示)切削工件的示图。然而，如图6所示，当在切削元件切削工件的期间用动态可控型致动器28(最好作为切削元件相对于工件的位置函数)来改变切削元件16的位置时，切削元件将会沿着可控的预定切削路径行进。与利用传统固定半径的或非动态可调的飞切装置切削出的扇形褶皱底部凹槽相比，一种理想的预定切削路径是可产生具有基本上直线状或平坦底部的凹槽的路径，如图6中线F所示。

尽管迄今为止提供的若干实例都涉及沿飞切头的X轴进行的动态调整-可称为“动态半径可调型”飞切，但本发明的范围并非限定为半径控制。正如致动器可被提供用于调节切削元件相对于飞切头的旋转轴线的径向位置一样，致动器也可被提供用于在其他维度中(沿Y或Z轴方向、旋转地或者上述维度的任何组合)调整切削元件相对于飞切头的位置。例如，由于不存在规则的、直线状的凹槽，切削元件的Z轴控制可提供适于产生对波纹(Moire)效应具有降低倾向的片材的工具。例如，如果切削元件为非对称的，那么切削元件的旋转控制可用作在工件中产生某些所需特征结构的方法，或者如果切削元件为对称的，那么切削元件的旋转控制可用作在刀头上产生更均匀的磨损方式的方法。

该系统可包括一个或多个编码器，其不仅与用于飞切系统的一些传统编码器一样用于测量速度，而且用于测量位置。这有助于使工件的位置与飞切头的切削元件的位置同步。具体地讲，编码器可用于确定辊的旋转位置、飞切头相对飞切头旋转轴线的位置、飞切头相对于另一个轴线(例如Z轴)的位置以及相对于辊移动飞刀的x台的位置。

与本发明的某些实施例中的飞切头一起使用的一种编码器可在ERO-1382、1024线数(line count)的品名下购自德国的Heidenhain公司，它可设置在飞切头上测量飞切头的角度位置。与本发明的某些实施例中的工件或辊一起使用的编码器可在Renishaw Signum RESM(413mm直径、64,800线数)的品名下购自Renishaw公司(Hoffman Estates，Illinois)。为某个应用选择的特定编码器取决于所需的分辨率、飞切头或其它部件的最大速度以及最大信号速度。

与传统的飞切系统一样提供了控制系统，但对于本发明，例如该系统还将信号发送至一个或多个致动器以控制切削性能，或接收指示飞切头和/或工件的相对位置的编码器信号，或通过将信号发动至与x台相联接的马达来使飞切头的位置相对于工件同步，或者执行这些事项中的多个或全部。一种可用的控制系统包括输入和输出电路以及得自Delta Tau DataSystems(Chatsworth，California)的PMAC控制器。这种PMAC控制器将单轴或双轴PMAC2控制器与放大器组合来提供(例如)飞切头和辊的运动控制。

本发明的控制系统使用了可以产生本文所述结果的已知方式进行设计的软件、固件或者这二者。具体地讲，该软件最好使操作者能够创建既表示独立凹槽段或其他表面特征结构的微观形状又表示工件上的若干凹槽段或其他特征结构构成的(随机的、伪随机的或规则的)宏观图案的波形数据文件。然后将这些数据文件传送至各种控制系统部件，以控制切削元件相对于工件的性能并且最好控制它们之间的同步。

为了程控和协调各种部件的运动，通常使用软件来输入所需的参数以产生数据文件，并且随后波形生成单元将数据文件翻译成信号并根据需要发送至驱动单元、致动器以及其他部件。例如，辊的速度可设为大约0.001至大约1000转/分钟，并且飞切头的速度可设为大约1000至100,000转/分钟。具有大约5000转/分钟的飞切头速度已进行了测试，并且通常是优选的，这是因为较高的速度降低了完成工件(例如微复制工具)所需的时间。

切入工件表面中的特征结构的深度的范围可为0至150微米，或优选为0至35微米，或者对于光学薄膜用的微复制工具甚至更优选为0至15微米。这些范围并非旨在限定本发明的范围，但它们可表示用于在利用这种工具制造的聚合物片材中提供某些光学效果的特征结构的尺度。对于辊工件，由于在以较高速度运动的辊中形成长特征结构更为困难，因此任何独立特征结构的长度受辊围绕其纵向轴线旋转的速度的影响。如果切削元件以工件的相反方向运动，那么与如果切削元件以与工件相同的方向运动相比，通常较容易形成较长的凹槽。例如，如果使用本发明的飞切头围绕圆柱形辊的周边来产生近似螺纹切削的特征结构，那么该特征结构几乎可为任何长度。例如，如果需要独立特征结构，那么它们的长度可为约1微米至几毫米，但该范围并非旨在限定本发明的范围。对于螺纹切削，相邻凹槽之间的节距或间隔可设为约1微米至约1000微米。这些特征结构可具有任何类型的三维形状，例如，对称的、非对称的、棱柱形的和半椭球形的特征结构。在一些其中使工件表面上的材料凹陷或以其他方式变形而非移除的实施例中，其变形可通过改变由刀架承载的工具的特性而改变。

在本发明的另一个实施例中，本发明的动态可控型致动部件与工件的位置同步，以便获得某些特别好的效果。也就是说，代替启动动态可控型致动器，根据一套固定指令使切削元件的位置与辊的位置同步，不管切削元件的位置如何。在一个实施例中，辊的旋转位置与飞切头的Z轴位置相配合(同步)，其中飞切头在预定范围内进行变化以便在辊中产生一些非直线状的凹槽段，并且一个或多个切削元件的X轴位置与飞切头的旋转位置相配合。切削元件的位置中的X轴改变(可为随机的、伪随机的、或预定的)可产生具有可变化深度(并且宽度也可能变化)的凹槽段，从而产生转而又在聚合物片材上或利用该工具制造的其他制品上形成所需图案的工具。当飞切头的旋转位置使切削元件定位成与工件或辊接触时，X轴变动通常是重要的，并且在切削元件与辊接触的时间间期内，该位置可根据需要由控制系统和致动器进行改变。例如，可指示致动器将切削元件定位成产生相对较长的、平底的凹槽，因此这种类型的切削系统有可能使整个辊在较短的时间段内完成切削。

为了形成根据本发明的微复制工具，对诸如圆柱形辊之类的工件进行铣削以提供所需的表面特征结构。辊坯可具有外层，在其中切出结构或图案。在该层中切出无序图案或其他图案后，又可在其上涂覆一个或多个保护该图案的附加层，该层可允许精确地形成薄膜或容易将薄膜脱离，或实现其他有用的功能。例如，可以在该工具上镀覆铬或类似材料，尽管这种层可能将工具的锐边“包圆”而不甚理想。任何可加工材料均可使用；例如，工件可用铝、镍、铜、黄铜、钢或塑料(如丙烯酸树脂)制造。特定材料的选用取决于例如某个有特定要求的应用，比如用经加工的工件来制造各种薄膜。

将辊和飞切头彼此相对地定位，通常使得飞切头的切削元件在辊的一侧与辊相接触。辊通常安装在以所需旋转速度旋转的主轴上，并且飞切头适于以上述方式相对于辊移动。在本发明的某些实施例中的切削元件可通过动态可控型致动器(其在Z、Y、Z方向上移动、旋转或结合以上各种方式来调整切削元件)进行设置。

在本发明的一个实施例中，当沿辊的长度切削单个、基本上连续的凹槽时，飞切头适于在Z方向上移动，或者当辊静止或其正在旋转时，飞切头适于产生一个或多个其他特征结构。如果辊是静止的，那么在沿着辊的长度完成一道切削时，可将辊分度并且重复该过程以形成相邻的凹槽或另一组特征结构，如图7中的示例性辊14的50处所示。在另一个实施例中，以恒定的角速度旋转辊，并且当飞切头将在Z方向上延伸的特征结构或凹槽段围绕辊的周边切入辊中时，将飞切头保持在沿Z轴方向上的基本相同的位置处。由于切削元件的位置可相对精确地进行控制，因此在辊的第二或后续旋转中将凹槽或其他特征结构切入辊表面中的位置可与在先前旋转期间将凹槽或其他特征结构切入辊表面中的位置相协调，如图7中在55处所示。为简便起见将特征结构50和55示于同一辊上，并且尽管可在如图所示的给定工件上提供不同的特征结构，但通常辊在其长度上具有基本相同的特征结构。

据信由于切削元件经受磨损并且磨损将导致切入辊中的特征结构之特性的细微变化，因此对辊或在辊上形成的工件进行紧密观察可表明是否沿辊的Z轴方向(如上文的第一个实施例所述)或沿其周边(如第二个实施例所述)产生了凹槽系列。换言之，利用上文第一个实施例描述的Z轴切削方法，当切削各个接续凹槽时切削元件将会磨损，这样使得直至在第一凹槽旁边切削最终凹槽时，由磨损切削元件形成的最后一个凹槽可至少在微观上看起来明显不同于由未磨损的或磨损较少的切削元件形成的第一凹槽。这可被称为“虚缝”，这是因为在两个相邻凹槽或其他特征结构之间存在差异。通过使用上文第二个实施例描述的周边切削方法，其中小的独立凹槽段围绕辊的周边形成，由未磨损的或磨损较少的切削元件形成的特征结构会在辊的第一端头，并且由磨损切削元件形成的特征结构会出现在辊的第二端头。上述具有“虚缝”的辊和具有“端至端”磨损图案的辊，以及形成它们的方法或利用它们制造的片材或其他物品均在本发明的范围之内。

可用一些大致平行的凹槽(不仅平行于或垂直于工具的纵向轴线进行延伸，而且在与该轴线成一角度的方向上进行延伸)来有利地制造微复制工具。例如，“45度”工具(指具有在相对于辊的旋转轴线或工件的主轴线成大约45度角的方向上延伸的直线状凹槽的工具)可用于制造具有以对应角度切削的凹槽或其他特征结构的片材。图2示出了具有在相对于Y轴成大约45度的角α的方向上延伸的凹槽的工具的形成，其中使用不同于图1所示的定位系统来设置飞切头。在工件中于相对Y和Z轴均成角度的方向上形成预定图案的凹槽或特征结构，与平行于Z轴形成它们相比更为复杂。更加复杂的原因在于飞切头对于工件的每次旋转不是简单地沿Z方向送进固定的距离来形成下一个凹槽，如上述的其他一些实施例中那样。相反，对于工件的每次旋转，飞切头的Z向行程应通过分析或实验来确定，以使得对于工件的连续旋转，使后续的凹槽段与较早的凹槽段对齐，如果需要对齐的凹槽段的话。例如，如果一系列45度的凹槽段围绕辊的周边形成，那么每个凹槽段在Z方向上应相对于前一段稍许送进，然后在辊的一个完整旋转周后，在第二个旋转期间形成的凹槽段将平行于在第一个旋转期间形成的凹槽段，但与它们不必一定为端至端对齐。对于该问题的一个解决方案为计算在辊的一个完整旋转之后，在第二个旋转期间形成的凹槽段应进行调整的距离，以使其与在第一个旋转期间形成的区段为端至端对齐。然后该距离可被在第一个旋转期间形成的凹槽段数等分，并且将所得的等分值加到各连续凹槽段之间的节距上，以使得在工件的一个完整旋转周之后，在第二个旋转期间形成的凹槽段已通过相对于第一个旋转期间形成的凹槽段的所需距离进行了有效地旋进。对于后续的旋转可使用相同的方法。

可制造具有相对于工件成任何角度进行设置的直线状凹槽的、或者具有非直线状特征结构或彼此交叉的平整特征结构的工具。其他的角度布置方式也是可以的，包括以不同角度进行切削的成组平行凹槽，以便在辊上或工件表面上产生棱柱或其他微结构。飞切头可相对于示出的轴线中的一个或多个成角度，并且也可或作为替代围绕轴线中的一个或多个进行旋转，以使得切削元件在预定位置与定向上切到工件。例如，飞切头可围绕关于图1中的X轴旋转90度以使其与Y轴一致，随后其可围绕Y轴进行旋转(例如)45度角以使得切削元件以某种方式切到工件。

既可在宏观上又可在微观上控制切入本发明工件中的表面特征结构。表面特征结构或微结构可包括位于制品表面上的、凹入制品表面的或从制品表面凸起的任何类型、形状以及尺寸的结构。例如，使用本说明书描述的致动器和系统制造的微结构可具有1000微米节距、100微米节距、1微米节距或甚至约200纳米的亚光学波长(nm)节距。作为另一种选择，在其他一些实施例中，微结构的节距可大于1000微米。提供这些尺寸仅为示例性目的，使用本说明书中描述的致动器和系统制成的特征结构或微结构可具有使用该系统可加工范围内的任何尺寸。

在大的或“宏观”尺度上，切入坯料辊或其他工件中的表面特征结构可在或可不在工件的整个长度、宽度上或围绕周边连续延伸。例如，可将一系列对齐的凹槽段切入辊中以提供微复制工具，在其上制造的片材可具有由平坦区域或平台区域隔开的尖峰，如图7在55处所示。可以相对于工件的旋转轴线(对称轴线)成一角度(例如，与该轴线成45度角)的方向将特征结构切入工件中，例如辊。在飞切头的接连多道切削中可将多重特征结构切入工件中，或可在单道切削期间通过各切削元件的连续多道切削(例如由一个切削元件切削较浅的凹槽并且由下一个后续切削元件切削较深的凹槽)将多重特征结构切入工件。

在微观尺度上，可通过程控本发明的系统或飞切头以产生具有称为“x轴无序”特性的独立凹槽段(指切削元件在X轴方向上的连续运动是无规的)来获得某些优点。“无序”通常被认为是根据其益处有意引起的无规运动，而“振动”通常被认为是由系统非有意产生的振颤运动，其是不希望有的且使用者要设法减少或消除的。

某些凹槽轮廓对于肉眼可似乎具有恒定的形状，但基于更细致的观察，其实际上可能已具有小尺度的(随机的、伪随机的或预定的)几何变化。例如，发送至致动器的指令或信号可以下述方式来控制致动器：提供切削元件的径向控制以便提供宏尺度上平底凹槽，但另外可引入微尺度上的某种程度的x轴无序。该方式可用的原因为在利用这种方式制造的微复制工具上制造的光学薄膜，可重新导向或散射光、隐藏缺陷或以其他方式实现其优势。

在另一个实施例中，可以预定的方式来设计独立特征结构或凹槽的“引入”和“引出”部分(有时称为“斜削入”和“斜削出”部分)以便产生所需的整体凹槽或特征结构的表面形状。斜削入和斜削出角分别为刀片进入工件和离开工件的角。利用本文所述的致动器，斜削入和斜削出部分可随意制造为较深、较浅或非直线状的，并且可甚至从一个特征结构至下一个特征结构以随机的、伪随机的或预定的方式改变。斜削入和斜削出角使得在具有含这些角的特征结构的工件上制造的片材具有呈现近似这些角的脊状突起，这取决于影响特征结构形成的其他切削参数。

利用本发明制造的片材可(例如)包括平底凹槽，可用于其中不要求或不允许有扇形皱褶的应用。如果另外在加工过程期间已引入了x轴无序，那么片材的尖峰将具有对应的轮廓，这可用于光分散、缺陷隐藏、抗吸附(anti-wet-out)以及其他目的。

一旦形成微复制工具，就可将其用作样板来产生微复制型片材、薄膜或在另一个物体上产生其他表面效果。可利用根据本发明制造的工具通过以下方法来制造片材，例如在工具上浇注并且固化聚合物材料、压印、挤出、压缩模制以及注模。浇注并且固化通常被优选，并且可制造片材的材料包括聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。片材可包括两层或多层，以使得背衬层包含一种材料并且凹槽或其他特征结构包含另一种材料。在本发明的另一个实施例中，可通过浇注和固化工艺将工具(样板工具)的纹理结构转移至其他介质上(例如转移到聚合物材料的带或板上)，以形成量产工具。这种量产工具然后可来制造本文所述类型的微复制产品。这样就可得到具有与样板工具表面相对应的表面的制品。还可使用例如电铸之类的其它方法复制该样板工具。可使用该复制件(可称为中间工具)来制造微复制产品。

可将辊表面中以及因此利用该辊制造的薄膜或片材中的特征结构制造得小到肉眼不可见。由于辊和所得片材上的表面特征结构均可被严格控制，因此由该片材传送、反射或折射光的性能也可受到控制，这提供了本领域中已知的各种有益效果。

图8A、8B、8C和8D是可根据本发明形成的凹槽或特征结构的若干代表性示图。图8A中所示的特征结构通常是一些切入工件中的独立凹槽，其中每个凹槽与先前的凹槽对齐以便近似为一系列连续的直线状凹槽。图8B中所示的特征结构通常是一些切入工件中的独立凹槽，其中凹槽未对齐并且如果在凹槽之间不需要具有任何的平台区域，那么凹槽可在其纵向上或其横向或侧向上彼此搭接。图8C中所示的特征结构通常是一些切入工件中的独立凹槽，其中一个或多个致动器在切削元件的位置或定向上造成变化，例如沿X轴方向的变化。最后，图8D中所示的特征结构通常是一些切入工件中的独立凹槽，其中每个凹槽与先前的凹槽对齐以便近似为一系列连续的直线状凹槽，其中凹槽在相对于工件的旋转轴线成45度角的方向上延伸。还可设计凹槽以使得它们在凹槽的纵向上彼此搭接(例如)以产生连续的平底凹槽，或者在凹槽的横向或侧向上彼此搭接。可在保持与本发明的教导内容一致的情况下提供凹槽的有条理的或无序的图案。

本发明的各种形态描述成似乎在工件上先前无任何特征结构形成，但是本发明也可用来修改、补充或配齐工件上已存在的特征结构。这些特征结构可能已用其他铣削、车削或飞切操作形成，或用任何其他已知或今后开发的表面成形或变形方法形成。例如，工件的表面上有时形成一些很小的棱锥，它们可以有助于形成具有倒棱锥(角锥棱镜)的可反射光的聚合物片材。这些棱锥可通过飞切装置的三道接续加工来形成，这三道加工中任一道或多道可包含本发明的形态。在文中描述的飞切操作之后进行附加的切削、铣削或其他加工也是有效的，可切除材料或使之变形，或对表面特征结构进行精加工。

能够与圆柱形工件的纵轴线成角度地形成凹槽是本发明对于传统圆柱形工具的优势，传统的圆柱形工具包括平行或垂直于工具纵轴线的基本上直线状的凹槽。这是因为希望以凹槽相对于片材的边缘成45度来使用片材的使用者，通常会从具有纵向或横向延伸的凹槽的较大片材上冲切出那样的片材。这会造成较大片材边缘附近的材料严重浪费。在本发明的情况下，可直接在一个工具上形成具有与片材边缘成45度(或任何选定角度)延伸的凹槽的片材，从而将该片材切割使用时沿其边缘的材料浪费减至最小。

根据本发明的片材(包括光学薄膜)可用于多种应用中。微复制结构(诸如上述类型的片材)已被用于逆反射道路标志和车辆牌照以及如手提电脑显示器等显示器，用来控制向观看者射出的光，也被用于其他光学薄膜、研磨或摩擦控制薄膜、粘接薄膜、具有自配合型面的机械紧固件(例如，如美国专利No.5,360,270所公开的)，或任何具有较小尺寸(如小于约1000微米)微复制特征结构的模塑或挤压成形件。

在本发明的一些其他实施例中，切削元件不必与传统的飞切头一样从飞切头径向突出。取代或附加的方式是，这些切削元件可平行于或大致平行于飞切头的旋转轴线而伸出。这些切削元件可由致动器以上述的方式控制，用于称为“端面切削”或“端面飞切”的操作，将某些图案或特征结构切入工件表面。在此实施例中，切削元件与工件基本上连续接触，而不是如传统飞切的情况那么断续地接触。

现在已相对于本发明的若干实施例描述并且说明了本发明。本发明并不限于这些实施例，而是仅受限于后面的权利要求书中的权项及其等同物。

Claims (40)

1.一种可旋转飞切头，包括用于改变刀架的位置或定向的动态可控型致动器。

2.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述飞切头包括多个致动器。

3.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器仅改变所述刀架相对于至少一个轴线的位置。

4.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器改变所述刀架沿直线轴线的位置。

5.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器改变所述刀架相对于直线轴线的定向。

6.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器根据所述飞切头的旋转位置来改变所述刀架的位置。

7.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器根据所述刀架相对于工件的位置来改变所述刀架的位置。

8.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述刀架适于相对所述飞切头的旋转轴线在径向上重新定位切削元件。

9.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器改变切削元件相对于所述飞切头的旋转轴线的切削半径。

10.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器响应电信号而启动。

11.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器包括压电堆。

12.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器为快速刀具伺服机构的部件，所述快速刀具伺服机构还包括反馈系统。

13.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器根据控制器发送的信号以随机方式来改变切削元件的位置。

14.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器根据控制器发送的信号并按照重复的随机曲线来改变所述切削元件的位置。

15.根据权利要求1所述的飞切头，其中所述致动器根据控制器发送的信号按照预定的曲线来改变所述切削元件的位置。

16.根据权利要求1所述的飞切头，其与用于检测所述飞切头的角度位置变化的编码器结合。

17.根据权利要求16所述的飞切头，其中所述编码器适于将指示所述飞切头的角度位置的信号发送至控制系统。

18.根据权利要求1或权利要求17所述的飞切头，其与控制系统结合。

19.根据权利要求18所述的飞切头，其中所述控制系统将信号发送至所述致动器以控制所述致动器。

20.根据权利要求19所述的飞切头，其中所述控制系统将信号发送至所述致动器以执行宏观位置控制。

21.根据权利要求20所述的飞切头，其中所述宏观位置控制使得所述切削元件沿着适于在工件中形成基本上为平底的凹槽段的切削路径。

22.根据权利要求19所述的飞切头，其中所述控制系统将信号发送至所述致动器以执行微观位置控制。

23.根据权利要求22所述的飞切头，其中所述微观位置控制包括x轴无序。

24.根据权利要求1所述的飞切头，其与切削元件结合。

25.根据权利要求1所述的飞切头，其与至少两个切削元件结合。

26.根据权利要求25所述的飞切头，其中一个切削元件由所述致动器动态控制，且第二个切削元件相对于所述飞切头保持在固定位置。

27.根据权利要求21所述的飞切头，其中所述切削元件相对于所述飞切头的旋转轴线均匀地间隔。

28.一种用根据权利要求1所述的可旋转飞切头来加工工件的方法，所述方法包括将信号发送至所述致动器的步骤，其中所述信号适于减轻与所述致动器相关的滞后效应。

29.一种加工工件的方法，包括以下步骤：

(a)提供根据权利要求1所述的飞切头，所述飞切头适于相对于固定支承体旋转；以及

(b)将(i)用于启动至少一个致动器的电力和(ii)用于启动所述致动器的控制信号中的至少一者从所述固定支承体传送至所述飞切头。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述步骤(b)包括使用滑环。

31.一种用飞切头在工件的表面内形成特征结构的方法，包括以下步骤：

(a)提供具有切削元件和致动器的飞切头，其中所述致动器用于控制所述切削元件相对于所述飞切头的位置或定向；以及

(b)根据所述切削元件相对于所述工件的角度位置来控制所述切削元件相对于所述飞切头的位置或定向。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述步骤(b)还包括按照以下方式控制所述切削元件的位置：使所述切削元件能够在所述工件中形成凹槽，所述凹槽的底部相对于所述工件的中心具有恒定半径。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述步骤(b)还包括按照以下方式控制所述切削元件的位置：在所述切削元件与所述工件接触的时间的至少一部分期间内改变所述切削元件的有效切削半径。

34.根据权利要求31所述的方法，其中所述步骤(b)还包括按照以下方式控制所述切削元件的位置：在基本平行于所述飞切头的旋转轴线的方向上改变所述切削元件的位置。

35.根据权利要求31所述的方法，其中所述工件适于围绕旋转轴线旋转，并且所述飞切头设置成其旋转轴线相对于所述工件的旋转轴线成一角度。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述角度为大约45度。

37.根据权利要求35所述的方法，其中所述角度根据所述工件的旋转速度确定，以使得当所述工件旋转时切入所述工件中的特征结构大致为直线状。

38.一种微复制工具，所述微复制工具用根据权利要求中31、32或37中任一项所述的方法制造。

39.一种聚合物片材，所述片材用根据权利要求38所述的方法制造的微复制工具生产。

40.根据权利要求39所述的聚合物片材，其与显示器结合。

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