CN105855695A - 一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置 - Google Patents

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刘乾乾
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Abstract

本发明公开了一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，涉及微探针尖端加工制造领域。该装置包括：CO2激光器、合束镜、红光指示器、聚焦镜、定位夹具、旋转平台、微探针支架和位移平台。所述的激光器发出的激光经过聚焦镜的作用后汇聚在聚焦镜的右侧焦点a处，所述的微探针毛坯的待加工区域通过位移平台的驱动调整到a点处，同时微探针毛坯再在旋转平台的驱动下绕其轴线旋转，使待加工区域均匀受热。采用上述方法对微探针进行热加工，能够使微探针尖端均匀受热，提高热应力分布均衡性，加工后的微探针不弯曲、不变形，具有高几何对称精度和尖端形貌。

Description

一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置
技术领域
本发明涉及微探针尖端热加工处理领域，特别涉及一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置。
背景技术
微探针是微纳精密测量仪器的核心组成部件，在微细加工及精密测量领域具有广泛应用。针对微细加工及精密测量对检测仪器的精度要求，微探针尖端应具有较高的形貌质量。
激光加热法是目前比较先进的一种微探针尖端热加工方法。现有的微探针激光加工技术主要有申请号为201510275772.0的发明专利公开的一种微探针尖端成形激光加工技术，其特征是：利用激光束在微探针尖端的一侧进行热加工，依靠微探针尖端的热传递使尖端熔化成形。
发明内容
上述一种微探针尖端热加工方法只能对探针尖端的一侧进行加热，探针尖端受热不均匀，成型后的探针尖端不具有良好的对称性，给测量结果引入难以补偿的测量误差。因此无法满足微细加工及精密测量对微探针的尖端几何形貌精度的要求。基于以上原因和对已有微探针激光加工成形装置的改进，本发明提供了一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置。该装置采用的具体技术方案详见下文描述。
本装置包括CO2激光器（1）、聚焦镜（2）、红光指示器（3）、聚焦镜（4）、微探针支架（8）和位移平台（9），其特征是：还包括定位夹具（5）和旋转平台（7）。
所述的CO2激光器（1）的光轴与Y轴平行，聚焦镜（4）的主光轴与Y轴重合；在CO2激光器（1）和聚焦镜（4）之间设置有合束镜（2），合束镜（2）的入射面与Y轴呈45度角；CO2激光器（1）的激光经过合束镜（2）后，其光轴与Y轴重合；合束镜（2）的下方设置有红光指示器（3）；聚焦镜（4）的右侧设置有位移平台（9）；微探针支架（8）的一端固定在位移平台（9）的工作表面上，另一端连接有旋转平台（7）与定位夹具（5）。
如上所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，更进一步说明为，所述红光指示器（3）的光轴与Y轴垂直，其经过合束镜（2）的出射面反射后的光轴与Y轴重合。
如上所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，更进一步说明为，所述旋转平台（7）的轴线与重力方向重合即与Z轴方向重合；旋转平台（7）的表面固定有定位夹具（5）；微探针毛坯（6）的根部被定位夹具（5）夹持后，其尖端待加工区域朝下，其中轴线与旋转平台（7）的轴线重合；所述微探针毛坯（6）的尖端待加工区通过位移平台（9）进行X,Y,Z三个方向的调节，其尖端待加工区与聚焦镜（4）的焦点a重合。
如上所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，更进一步说明为，加工初始，先启动红光指示器（3），再根据红光指示器（3）所指示的光路，调节位移平台（9）的空间位置使得微探针毛坯（6）的尖端待加工区重合于聚焦镜（4）的焦点a，然后关闭红光指示器（3），设置CO2激光器（1）的功率与作用时间，设置旋转平台（7）的转速，启动CO2激光器（1）与旋转平台（7），完成微探针毛坯（6）的尖端热成型。
如上所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，更进一步说明为，本装置使用的CO2激光为人眼不可见且具有较高能量的红外光，在微探针毛坯加工定位时容易带来安全隐患。为此本系统采用红光指示器（3）发出的能量较低且可见的红光模拟CO2激光进行微探针毛坯加工定位。
如上所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，更进一步说明为，所述的合束镜（2）对CO2激光具有较高的透射率，对红光具有较强的反射能力。经过所述的合束镜（2）的作用后，所述的CO2激光与红光，都沿Y轴方向传播，其后续光路是完全相同的，因此在微探针毛坯加工定位时能够利用红光对CO2激光进行等效替换。
本发明的有益效果：与现有的微探针尖端热加工方法相比，本发明采用探针旋转均匀受热的激光加热方法，能够实时调整微探针受热区域，提高微探针热应力分布均衡性，加工后的微探针不弯曲、不变形，具有高几何对称精度和表面形貌精度。
附图说明
图1是本发明一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置整体结构示意图。
图中：1-CO2激光器、2-合束镜、3-红光指示器、4-聚焦镜、5-定位夹具、6-微探针毛坯、7-旋转平台、8-微探针支架、9-位移平台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明主要用于对微探针尖端的热加工处理，如图1所示：涉及一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，包括：CO2激光器1、合束镜2、红光指示器3、聚焦镜4、定位夹具5、旋转平台7、微探针支架8和位移平台9。所述的CO2激光器（1）的光轴与Y轴平行，聚焦镜（4）的主光轴与Y轴重合。在CO2激光器（1）和聚焦镜（4）之间设置有合束镜（2），合束镜（2）的入射面与Y轴呈45度角。CO2激光器（1）的激光经过合束镜（2）后，其光轴与Y轴重合。合束镜（2）的下方设置有红光指示器（3）。聚焦镜（4）的右侧设置有位移平台（9）。微探针支架（8）的一端固定在位移平台（9）的工作表面上，另一端连接有旋转平台（7）与定位夹具（5）。所述红光指示器（3）的光轴与Y轴垂直，其经过合束镜（2）的出射面反射后的光轴与Y轴重合。
所述旋转平台（7）的轴线与重力方向重合即与Z轴方向重合；旋转平台（7）的表面固定有定位夹具（5）；微探针毛坯（6）的根部被定位夹具（5）夹持后，其尖端待加工区域朝下，其中轴线与旋转平台（7）的轴线重合；所述微探针毛坯（6）的尖端待加工区通过位移平台（9）进行X,Y,Z三个方向的调节，其尖端待加工区与聚焦镜（4）的焦点a重合。
本发明实施例中所述的CO2激光器产生CO2激光，所述的CO2激光的功率和作用时间通过CO2激光器中的PWM信号控制器进行调节。所述的合束镜2位于Y轴上，其入射面与Y轴呈45度角且表面涂覆有针对CO2激光的增透涂层，其出射面表面涂覆有针对红光的反射涂层。所述的聚焦镜4为一种根据CO2激光的波长范围选择的聚焦镜，其镜片多用ZnSe、Ge等对CO2激光具有超高透射率的材料制成。所述的定位夹具5为一种微型三爪卡盘结构，其主要作用是将微探针毛坯6沿重力方向固定，并且确保其中轴线与旋转平台7的中轴线重合。所述的微探针毛坯6为具有大长-经比尖端锥形的石英玻璃管。所述的旋转平台7为精密电动旋转平台，可带动微探针毛坯3旋转，使其尖端待加工区域均匀受热。所述的位移平台9为三维精密电动位移平台。
本发明一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置其加工过程是：首先将微探针毛坯6沿重力方向夹装于定位夹具5上，其尖端待加工区域朝下；打开红光指示器3，其产生的红光在聚焦镜的右侧焦点处形成最小光斑，同时调整三维精密电动位移平台9，使微探针毛坯6尖端的待加工区域位于所述的红光的最小光斑处。其次关闭红光指示器3，驱动精密电动旋转平台7使其旋转，打开CO2激光器1，对微探针毛坯6进行熔球热加工，一段时间后关闭CO2激光器1和精密电动旋转平台7，待微探针冷却后取下微探针完成加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，包括CO2激光器（1）、合束镜（2）、红光指示器（3）、聚焦镜（4）、微探针支架（8）和位移平台（9），其特征是：还包括定位夹具（5）和旋转平台（7）；
所述的CO2激光器（1）的光轴与Y轴平行，聚焦镜（4）的主光轴与Y轴重合；在CO2激光器（1）和聚焦镜（4）之间设置有合束镜（2），合束镜（2）的入射面与Y轴呈45度角；CO2激光器（1）的激光经过合束镜（2）后，其光轴与Y轴重合；合束镜（2）的下方设置有红光指示器（3）；聚焦镜（4）的右侧设置有位移平台（9）；微探针支架（8）的一端固定在位移平台（9）的工作表面上，另一端连接有旋转平台（7）与定位夹具（5）。
2.如权利要求1所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，其特征是：所述红光指示器（3）的光轴与Y轴垂直，其经过合束镜（2）的出射面反射后的光轴与Y轴重合。
3.如权利要求1所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，其特征是：所述旋转平台（7）的轴线与重力方向重合即与Z轴方向重合；旋转平台（7）的表面固定有定位夹具（5）；微探针毛坯（6）的根部被定位夹具（5）夹持后，其尖端待加工区域朝下，其中轴线与旋转平台（7）的轴线重合；所述微探针毛坯（6）的尖端待加工区通过位移平台（9）进行X,Y,Z三个方向的调节，其尖端待加工区与聚焦镜（4）的焦点a重合。
4.如权利要求1所述的一种旋转均匀受热式微探针尖端热成形装置，其特征是：加工初始，先启动红光指示器（3），再根据红光指示器（3）所指示的光路，调节位移平台（9）的空间位置使得微探针毛坯（6）的尖端待加工区重合于聚焦镜（4）的焦点a，然后关闭红光指示器（3），设置CO2激光器（1）的功率与作用时间，设置旋转平台（7）的转速，启动CO2激光器（1）与旋转平台（7），完成微探针毛坯（6）的尖端热成型。
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