CN112621894B - 一种回复反射器阵列加工方法及装置 - Google Patents

一种回复反射器阵列加工方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种回复反射器阵列加工方法及装置，通过沿V型锯齿状路径切削形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。

Description

一种回复反射器阵列加工方法及装置
技术领域
本申请涉及回复反射器技术领域，尤其涉及一种回复反射器阵列加工方法及装置。
背景技术
回复反射器拥有独特的反射特性，并且反射机理简单且反射效率较高，因此，回复反射器广泛应用于各个领域。例如回复反射器是悬浮显示系统中重要的组成部分，悬浮显示系统广泛应用于交互控制、教学设备、远程控制、可穿戴设备、游戏娱乐系统等。回复反射器还广泛应用于汽车与道路安全警示设备中，能有效提醒驾驶员，帮助驾驶员全面了解路面状况，从而保证行驶安全。此外，回复反射器的实际应用领域还包括光学测量系统(如激光干涉仪、定星镜)、头盔显示器、雷达探测系统、路径跟踪、大气探测等。
回复反射器是由一个或多个反射光学单元组成，最显著特点为其自身不能发光。当光线以一定范围的入射角照射进回复反射器后，光线能被回复反射器以平行于入射光线的反向反射回光源处。同时，在许多应用场景中，为得到更高效的回复反射装置，常将多个回复反射器光学单元排列形成回复反射器阵列。
目前，回复反射器阵列的加工方法主要为三种方法：第一种方法是拼针制造法(PBE)，而拼针制造法加工效率低下，生产周期比较长，电铸过程常至少需要几周时间，如生产出一块PMMA材质的回复反射器大约7-12周时间。这对于仅需要小批量生产的回复反射器时间成本过高，并且不能用于生产金属材料的回复反射器。随着回复反射器的应用范围与性能需求不断提升，传统拼针制造法已经无法满足当前回复反射器的生产需求。第二种方法是金刚石微凿切技术(DMC)，但采用金刚石微凿切技术不能直接加工正六边形角锥棱镜结构回复反射器，只能通过重叠切削三个四面体椎体腔来实现加工正六边形角锥棱镜结构回复反射器。而这种重叠凿削方法工序多而复杂，且工件每次旋转后都需要重新定位刀具和工件间的相对位置，这就增加了加工难度，降低了加工效率，其加工时间随其加工面积的增加呈指数上升。同时，该方法仅适用于加工50-500μm的光学单元结构，不适用于毫米级光学单元结构。第三种方法是超精密单点逆向切削技术(USPIC)，采用超精密单点逆向切削技术目前仅能加工0.1-2mm的直角棱镜结构回复反射器，无法加工正六边形角锥棱镜结构回复反射器。同时，直角棱镜结构回复反射器仅有两个有效反射面，光线入射角对反射率影响很大，当入射角大于5°后，反射效率急剧下降，入射角为20°时反射率不足5％。光学性能无法满足当前回复反射器的很多应用场景，该加工方法难以在实际应用中推广。
发明内容
本申请提供了一种回复反射器阵列加工方法及装置，用于解决现有技术中正六边形角锥棱镜结构回复反射器加工效率低下和加工范围局限的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种回复反射器阵列加工方法，该回复反射器阵列包括基板和多个正六边形角锥棱镜，所述多个正六边形角锥棱镜在所述基板上呈阵列排布从而形成正六边形角锥棱镜阵列，所述正六边形角锥棱镜阵列中的相邻两行间的正六边形角锥棱镜错位排布，该回复反射器阵列加工方法包括通过刀具在所述基板的加工面切削从而在所述基板上形成正六边形角锥棱镜阵列的加工步骤；
所述加工步骤具体包括：
将所述基板的加工面的相对所述刀具的给进方向以预设倾斜角度向上倾斜设置；
通过所述刀具在所述基板的加工面沿V型锯齿状路径切削加工从而在每行均形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，所述多个正三棱柱体为所述多个正三棱柱空腔体的倒置棱柱体，同行的所述多个正三棱柱空腔体和所述多个正三棱柱体交错布置且邻接，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而在所述基板上形成正六边形角锥棱镜阵列。
优选地，所述预设倾斜角度为54.7356度。
第二方面，本申请还提供了一种回复反射器阵列加工装置，包括夹具、刀架和控制模块；
所述夹具设有用于夹持基板的夹持件；
所述刀架设有刀具和加工驱动机构，所述刀具设于所述加工驱动机构的输出端，所述刀具与所述基板相对倾斜设置；
所述控制模块与所述加工驱动机构电连接，用于根据预设的加工路径指令控制所述刀具执行上述的回复反射器阵列加工方法。
优选地，所述夹具设有Y轴驱动机构，所述夹持件设有夹持槽，所述夹持槽的槽口倾斜向上设置，所述控制模块与所述Y轴驱动机构电连接，用于驱动所述夹持件沿Y轴方向运动；
所述刀架设有X轴驱动机构和Z轴驱动机构，所述控制模块与所述X轴驱动机构电连接，用于驱动所述刀具沿X轴方向运动；所述控制模块与所述Z轴驱动机构电连接，用于驱动所述刀具沿Z轴方向运动。
优选地，所述夹持件设有用于吸附所述基板的吸盘；
加工驱动机构为B轴旋转机构，所述控制模块与所述B轴旋转机构电连接，用于控制所述刀具旋转。
优选地，所述刀具通过所述控制模块控制旋转后的偏置角度为35.2644度。
优选地，其特征在于，所述刀具包括刀柄以及与其连接的楔形刀头，所述楔形刀头的刀刃长度大于或等于待加工的正六边形角锥棱镜的棱边。
优选地，所述楔形刀头采用金刚石材料制成。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本发明提供了一种回复反射器阵列加工方法及装置，通过沿V型锯齿状路径切削形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。
附图说明
图1为本申请实施例提供的回复反射器阵列的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种回复反射器阵列加工方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种回复反射器阵列加工方法的第一行切割路径示意图；
图4为本申请实施例提供的一种回复反射器阵列加工方法的第二行切割路径示意图；
图5为本申请第一个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的结构示意图；
图6为本申请第二个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的结构示意图；
图7为本申请第二个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的夹具的结构示意图；
图8为本申请第三个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的结构示意图；
图9为本申请第三个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的刀具的结构示意图；
图10为本申请第三个实施例提供的一种回复反射器阵列加工装置的刀具中楔形刀头的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，该回复反射器阵列包括基板1和多个正六边形角锥棱镜，多个正六边形角锥棱镜在基板1上呈阵列排布从而形成正六边形角锥棱镜阵列2，正六边形角锥棱镜阵列2中的相邻两行间的正六边形角锥棱镜错位排布。
由于现有技术中，对于正六边形角锥棱镜结构回复反射器的加工效率低下且加工范围局限，为此，为了方便理解，本申请提供的一种回复反射器阵列加工方法，包括通过刀具在基板1的加工面切削从而在基板1上形成正六边形角锥棱镜阵列2的加工步骤；
加工步骤具体包括：
S100：将基板的加工面的相对刀具的给进方向以预设倾斜角度向上倾斜设置；
在本实施例中，预设倾斜角度为54.7356度。
S200：通过刀具在基板的加工面沿V型锯齿状路径切削加工从而在每行均形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，多个正三棱柱体为多个正三棱柱空腔体的倒置棱柱体，同行的多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体交错布置且邻接，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而在基板上形成正六边形角锥棱镜阵列。
可以理解的是，V型锯齿状路径为均匀锯齿状路径，所形成的正三棱柱空腔体和正三棱柱体的横截面均为正三角形，在同行内中先后排序可以为正三棱柱空腔体和正三棱柱体，也可以为正三棱柱体和正三棱柱空腔体。
在本实施例中，如图3所示，在基板的加工面的第一行相对刀具的给进方向向上倾斜设置，以使得切削后产生的槽面向上倾斜设置，以便形成六边形角锥棱镜结构。刀具由右至左沿V型锯齿状路径切削时，如图3中的锯齿线an即为从右到左切削时的刀具路径，从而形成交错布置且邻接的多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体。
如图4所示，与锯齿线an相邻的下一行的刀具路径bn在X轴方向上相对第一行的多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体错开半个六边形角锥棱镜结构单元长度，即可形成一行六边形角锥棱镜结构，图中的U1为凹型正六边形角锥棱镜空腔结构，U2为凸型正六边形角锥棱镜结构。
本实施例通过沿V型锯齿状路径切削形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。
以上为本发明提供的一种回复反射器阵列加工方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种回复反射器阵列加工装置的第一个实施例的详细描述。
为了方便理解，请参阅图5，本申请提供了一种回复反射器阵列加工装置，包括夹具30、刀架40和控制模块43；
夹具30设有用于夹持基板的夹持件31；
刀架40设有刀具42和加工驱动机构41，刀具42设于加工驱动机构41的输出端，刀具42与基板相对倾斜设置；
控制模块43与加工驱动机构41电连接，用于根据预设的加工路径指令控制刀具42执行上述的回复反射器阵列加工方法。
本实施例通过控制模块43按照预设的加工路径指令控制刀具42对基板进行切削，执行上述的回复反射器阵列加工方法，从而错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。
以上为本发明提供的一种回复反射器阵列加工装置的第一个实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种回复反射器阵列加工装置的第二个实施例的详细描述。
为了方便理解，请参阅图6～7，本申请提供了一种回复反射器阵列加工装置，包括夹具30、刀架40和控制模块43；
夹具30设有用于夹持基板的夹持件31和Y轴驱动机构33，夹持件31设有夹持槽31，夹持槽31的槽口倾斜向上设置，控制模块43与Y轴驱动机构33电连接，用于驱动夹持件31沿Y轴方向运动；
刀架40设有刀具42、加工驱动机构41、X轴驱动机构44和Z轴驱动机构45，刀具42设于加工驱动机构41的输出端，刀具42与基板相对倾斜设置，控制模块43与X轴驱动机构44电连接，用于驱动刀具42沿X轴方向运动；控制模块43与Z轴驱动机构45电连接，用于驱动刀具42沿Z轴方向运动；
控制模块43与加工驱动机构41电连接，用于根据预设的加工路径指令控制刀具42执行上述的回复反射器阵列加工方法。
本实施例通过X轴、Y轴和Z轴驱动机构控制刀具42与基板的相对位置，无需偏置刀具42，即可通过错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。
以上为本发明提供的一种回复反射器阵列加工装置的第二个实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种回复反射器阵列加工装置的第三个实施例的详细描述。
为了方便理解，请参阅图8，本申请提供了一种回复反射器阵列加工装置，包括夹具30、刀架40和控制模块43；
夹具30设有用于夹持基板的夹持件31，夹持件31设有用于吸附基板的吸盘35；
刀架40设有刀具42和B轴旋转机构46，控制模块43与B轴旋转机构46电连接，用于控制刀具42旋转，刀具42设于B轴旋转机构46的输出端，刀具42与基板相对倾斜设置；
在本实施例中，刀具42通过控制模块43控制旋转后的偏置角度为35.2644度。
控制模块43与加工驱动机构41电连接，用于根据预设的加工路径指令控制刀具42执行上述的回复反射器阵列加工方法。
本实施例无需特殊的夹持件31，基板可直接吸附在吸盘35上，对B轴旋转机构46进行偏置角度后，即可通过错位切削形成正六边形角锥棱镜阵列，使得极大地提高了加工效率，而且，具有较宽的加工尺寸范围，光学单元尺寸从数十微米到几毫米均可加工，加工范围局限性大大降低。
进一步地，如图9所示，在上述实施例中的刀具42包括刀柄47以及与其连接的楔形刀头48，楔形刀头48的刀刃长度大于或等于待加工的正六边形角锥棱镜的棱边。
在本实施例中，楔形刀头48采用金刚石材料制成。
可以理解的是，由于错位切削加工方法的独特性，需要对刀具42的结构进行设计，而刀具42的结构参数直接影响加工后的反射器表面加工质量，选择合适的刀具42参数可避免刀具42与工件发生干涉，如图10所示，当楔形刀头48的楔角β过小时，会加速刀具42磨损，而过大则会与基板发生干涉，影响加工质量。因此，本实施例的楔形刀头48的刀刃长度，大于或等于待加工的正六边形角锥棱镜的棱边，可以加工多种小尺寸棱镜结构，使得具有较宽的加工范围。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种回复反射器阵列加工方法，该回复反射器阵列包括基板和多个正六边形角锥棱镜，所述多个正六边形角锥棱镜在所述基板上呈阵列排布从而形成正六边形角锥棱镜阵列，所述正六边形角锥棱镜阵列中的相邻两行间的正六边形角锥棱镜错位排布，其特征在于，该回复反射器阵列加工方法包括通过刀具在所述基板的加工面切削从而在所述基板上形成正六边形角锥棱镜阵列的加工步骤；
所述加工步骤具体包括：
将所述基板的加工面的相对所述刀具的给进方向以预设倾斜角度向上倾斜设置；
通过所述刀具在所述基板的加工面沿V型锯齿状路径切削加工从而在每行均形成多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体，相邻行的刀具路径在X轴方向上相对第一行的多个正三棱柱空腔体和多个正三棱柱体错开半个六边形角锥棱镜结构单元长度，所述多个正三棱柱体为所述多个正三棱柱空腔体的倒置棱柱体，同行的所述多个正三棱柱空腔体和所述多个正三棱柱体交错布置且邻接，相邻两行间的正三棱柱空腔体与正三棱柱体邻接且上下对应布置，从而在所述基板上形成正六边形角锥棱镜阵列。
2.根据权利要求1所述的回复反射器阵列加工方法，其特征在于，所述预设倾斜角度为54.7356度。
3.一种回复反射器阵列加工装置，其特征在于，包括夹具、刀架和控制模块；
所述夹具设有用于夹持基板的夹持件；
所述刀架设有刀具和加工驱动机构，所述刀具设于所述加工驱动机构的输出端，所述刀具与所述基板相对倾斜设置；
所述控制模块与所述加工驱动机构电连接，用于根据预设的加工路径指令控制所述刀具执行权利要求1～2中任一项所述的回复反射器阵列加工方法。
4.根据权利要求3所述的回复反射器阵列加工装置，其特征在于，所述夹具设有Y轴驱动机构，所述夹持件设有夹持槽，所述夹持槽的槽口倾斜向上设置，所述控制模块与所述Y轴驱动机构电连接，用于驱动所述夹持件沿Y轴方向运动；
所述刀架设有X轴驱动机构和Z轴驱动机构，所述控制模块与所述X轴驱动机构电连接，用于驱动所述刀具沿X轴方向运动；所述控制模块与所述Z轴驱动机构电连接，用于驱动所述刀具沿Z轴方向运动。
5.根据权利要求3所述的回复反射器阵列加工装置，其特征在于，所述夹持件设有用于吸附所述基板的吸盘；
加工驱动机构为B轴旋转机构，所述控制模块与所述B轴旋转机构电连接，用于控制所述刀具旋转。
6.根据权利要求5所述的回复反射器阵列加工装置，其特征在于，所述刀具通过所述控制模块控制旋转后的偏置角度为35.2644度。
7.根据权利要求3～6中任一项所述的回复反射器阵列加工装置，其特征在于，所述刀具包括刀柄以及与其连接的楔形刀头，所述楔形刀头的刀刃长度大于或等于待加工的正六边形角锥棱镜的棱边。
8.根据权利要求7所述的回复反射器阵列加工装置，其特征在于，所述楔形刀头采用金刚石材料制成。
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