CN117506142A - 一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及杜瓦冷指焊接技术领域，具体涉及一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置及其制备方法，装置包括，装配底板，具备吸附着硅油的第一超滑表面；底座，设置在装配底板的上方；第一液珠，可滑动地设置在装配底板上，并吸附在底座的下表面；圆筒形的定子，设置在底座上，定子的弧形外表面和底座的上端连接；转子，设于定子内侧与定子具备相同轴线，转子的内侧连接冷指气缸；多个第二液珠，分布在定子和转子之间,多束加热激光束，分别照射第一液珠侧边的第一超滑表面和定子的外表面或转子的外表面。本发明通过激光驱动实现超薄壁冷指气缸的固定、转运与焊接随动，从而实现精准且稳定焊接。
Description
技术领域
本发明涉及杜瓦冷指焊接技术领域，具体涉及冷指精密装配与焊接装置及其制备方法。
背景技术
杜瓦内冷指气缸由于导热速率和轻量化的需求，其壁厚往往在300微米以下。近年来，由于制冷机小型化的需求，制冷机持续提供足量的冷量以维持80K低温的要求越发具有挑战性。为了满足整个红外探测器包括杜瓦和制冷机轻量化且制冷效果仍然满足使用需求，冷指气缸壁厚目前有发展至100微米及以下的趋势。
现有技术中，200微米~300微米壁厚的冷指气缸能够通过三抓卡盘进行定位。壁厚200微米以下的冷指气缸不仅受到三抓卡盘的夹紧力带来的形变，还受到重力作用在垂直于轴线方向产生明显挠度，使得冷指气缸与冷指底座更加难以精准装配焊接。
薄壁冷指气缸与底座装配精度非常高，同轴度往往要求在20微米以内。由于激光焊接输入能量低、热累积小（受热后形变量小）、非接触等优点，对冷指气缸和冷指底座进行焊接具有很大的潜力。然而，超薄壁件维持自身原本形状的能力较差，且由于激光焊接光斑直径较小，难以对装配精度低的零件进行焊接，在焊接过程中冷指气缸受到夹具的力会发生严重变形，甚至无法进行焊接。此外，即使在装夹的过程中没有大形变，在转运过程中的抖动，以及受到重力产生的挠度，都会对焊后精度产生影响。焊后同轴度以及圆柱度较差的冷指气缸甚至无法与制冷机进行耦合。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，解决以上技术问题；本发明的目的还在于，提供一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，解决以上技术问题；本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，包括，一装配底板，所述装配底板具备吸附着硅油的第一超滑表面；一底座，设置在所述装配底板的上方；多个第一液珠，可滑动地设置在所述装配底板上，并吸附在所述底座的下表面，基于所述第一液珠在所述装配底板上滑动带动所述底座在水平方向上运动；一圆筒形的定子，设置在所述底座上，所述定子的弧形外表面和所述底座的上端连接；一圆筒形的转子，设于所述定子内侧与所述定子具备相同轴线，所述转子的内侧壁和一冷指气缸的外侧壁同轴连接，基于所述转子沿轴线转动带动所述冷指气缸旋转；多个第二液珠，分布在所述定子和所述转子之间并吸附在所述定子或所述转子上；多束加热激光束，分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面以及照射所述定子的外表面或所述转子的外表面。
优选的，所述定子的至少内表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个所述第二液珠吸附在所述转子上，所述定子的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述转子为玻璃材质，所述转子的外侧面上设有超亲水的第二接触区域，所述第二液珠吸附在所述第二接触区域上，所述转子的外侧面的其余区域设有超疏水层。
优选的，多束所述加热激光束分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面和所述定子的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动所述第一液珠和所述第二液珠运动的牵引力，多束所述加热激光束包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各所述第一液珠相同方位的所述第一超滑表面上，并跟随所述第一液珠的运动调整照射位置，所述红外加热激光束还用于直接照射所述第一液珠，通过所述第一液珠蒸发减小所述底座的高度；多束近红外激光，分别设置在所述定子的周侧照射到所述定子的外表面，所述近红外激光通过扫描振镜进行来回摆动。
优选的，所述转子的外表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个所述第二液珠吸附在所述定子上，所述转子的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述定子为玻璃材质，所述定子的内侧面上设有超亲水的第二接触区域，所述第二液珠吸附在所述第二接触区域上，所述定子的内侧面的其余区域设有超疏水层。
优选的，多束所述加热激光束分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面和所述转子的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动所述第一液珠和所述转子运动的牵引力，多束所述加热激光束包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各所述第一液珠相同方位的所述第一超滑表面上，并跟随所述第一液珠的运动调整照射位置，所述红外加热激光束还用于直接照射所述第一液珠，通过所述第一液珠蒸发减小所述底座的高度；多束近红外激光，分别以设定的入射角度透过所述定子照射到所述转子的外表面。
优选的，所述装配底板的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述底座为玻璃材质，所述底座的下端面设有超亲水的第一接触区域，所述第一液珠吸附在所述第一接触区域上，所述底座的下端面的其余区域设有超疏水层。
优选的，还包括若干个注射微针，设置在所述装配底板上和/或设置在所述装配底板的下方，通过所述注射微针的针头穿刺入所述第一液珠抽取或补充所述第一液珠的液体，用以通过改变所述第一液珠的大小调整所述底座的高度。
一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，用于制作所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，包括，步骤S1，材料制备，包括，步骤A，超滑表面材料的制备，包括，步骤A1，通过飞秒或皮秒激光对用于制备所述装配底板的聚二甲基硅氧烷的表面和用于制备所述定子的聚二甲基硅氧烷的内表面或用于制备所述转子的聚二甲基硅氧烷的外表面进行辐照，在辐照面形成随机多孔隙结构；步骤A2，在辐照后的聚二甲基硅氧烷的表面浸润硅油，使得硅油吸附到随机多孔隙结构中，获得所述装配底板和所述定子或所述转子；步骤B，玻璃材料的制备，包括，步骤B1，在用于制备所述底座的玻璃的下表面和用于制备所述转子的玻璃的外表面或用于制备所述定子的玻璃的内表面上设置一疏水层；步骤B2，通过蚀刻激光对用于约束液体的区域蚀刻出网格状图案，暴露超亲水的玻璃表面，在具备网格状图案的玻璃的表面设置一超疏水层，同时获得具备一定角度的接触角；步骤B3，在预设的所述第一液珠的吸附点和所述第二液珠的吸附点进行激光蚀刻，去除所述超疏水层暴露出超亲水的玻璃表面，形成具备超亲水的第一接触区域的所述底座和具备超亲水的所述第二接触区域的所述转子或所述定子；步骤S2，装配，将所述转子或所述定子浸入水中后缓慢提起，所述转子或所述定子上的超亲水和超疏水区域通过自组装的方式按照刻蚀区域自发形成液珠并按规律排布形成所述第二液珠，将所述转子套在所述冷指气缸的外侧，将所述定子套在所述转子的外侧，将携带所述冷指气缸的定子连接在设于所述装配底板上的所述底座上。
优选的，步骤B1中，对用于制备所述底座的玻璃的下表面进行所述蚀刻激光的蚀刻之前，还通过钻头在玻璃的底部钻出锥形孔，形成所述第一液珠的几何约束区域，在步骤B2中对具备所述几何约束区域的玻璃蚀刻网格状图案后设置所述超疏水层，去除所述几何约束区域内的所述超疏水层后形成暴露出超亲水的玻璃表面的所述第一接触区域。
优选的，步骤 S2中，将所述底座设置在所述装配底板上的方法包括，将所述底座浸入水中后缓慢提起，所述底座的下方吸附一定量的液体形成所述第一液珠，将吸附有所述第一液珠的所述底座设置在所述装配底板上；或；在所述装配底板上对应所述几何约束区域的位置滴上所述第一液珠，将所述何约束区域与所述第一液珠对齐后将所述底座盖在所述第一液珠上。
本发明的有益效果：由于采用以上技术方案，本发明通过激光驱动实现超薄壁冷指气缸的固定、转运与焊接随动，从而实现精准且稳定焊接。
附图说明
图1为本发明实施例中杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的一种结构图；
图2为本发明实施例中杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的另一种结构图；
图3为本发明实施例中激光驱动液珠示意图；
图4为本发明实施例中激光驱动液珠示意图；
图5为本发明实施例中注射微针示意图；
图6为本发明实施例中锥形孔示意图；
图7为本发明实施例中杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法的步骤示意图；
图8为本发明实施例中步骤A超滑表面材料的制备的步骤示意图；
图9为本发明实施例中步骤B玻璃材料的制备的步骤示意图。
附图中：1、装配底板；2、底座；21、锥形孔；3、液珠；31、第一液珠；32、第二液珠；4、定子；5、转子；6、加热激光束；7、注射微针；8、显著热影像区域；9、冷指气缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，如图1，图2所示，包括，一装配底板1，装配底板1具备吸附着硅油的第一超滑表面；一底座2，设置在装配底板1的上方；多个第一液珠31，可滑动地设置在装配底板1上，并吸附在底座2的下表面，基于第一液珠31在装配底板1上滑动带动底座2在水平方向上运动；一圆筒形的定子4，设置在底座2上，定子4的弧形外表面和底座2的上端连接；一圆筒形的转子5，设于定子4内侧与定子4具备相同轴线，转子5的内侧壁和一冷指气缸9的外侧壁同轴连接，基于转子5沿轴线转动带动冷指气缸9旋转；多个第二液珠32，分布在定子4和转子5之间并吸附在定子4或转子5上；多束加热激光束6，分别照射位于第一液珠31侧边的第一超滑表面以及照射定子4的外表面或转子5的外表面。
具体地，本发明提供两种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的结构，在第一种结构中，如图1所示，装配底板1的上表面和转子5的外表面都为超滑表面，超滑表面稳定的吸附着硅油，在第二种结构中，如图2所示，装配底板1的上表面和定子4的内表面都为超滑表面，超滑表面稳定的吸附着硅油；如图3，图4所示，本发明的光致动原理为，当加热激光束6照射液珠3左侧的超滑表面，使得激光照射的显著热影响区域8表面硅油受热，表面张力下降，此时液珠3受力平衡被打破，受到右边硅油表面张力牵引，向右开始滑动。
本实施例中第一液珠31的数量为四个，第一液珠31支撑底座2在X，Y轴水平移动，带动冷指气缸9移动至和冷指底座相对应的位置，使得冷指气缸9与冷指底座装配耦合，通过激光驱动转子5沿轴线转动带动冷指气缸9旋转，实现超薄壁的冷指气缸9的固定、转运与焊接随动，从而实现精准且稳定的焊接。
在一种较优的实施例中，定子4的至少内表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个第二液珠32吸附在转子5上，定子4的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，转子5为玻璃材质，转子5的外侧面上设有超亲水的第二接触区域，第二液珠32吸附在第二接触区域上，转子5的外侧面的其余区域设有超疏水层。
在一种较优的实施例中，多束加热激光束6分别照射位于第一液珠31侧边的第一超滑表面和定子4的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动第一液珠31和第二液珠32运动的牵引力，多束加热激光束6包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各第一液珠31相同方位的第一超滑表面上，并跟随第一液珠31的运动调整照射位置，红外加热激光束还用于直接照射第一液珠31，通过第一液珠31蒸发减小底座2的高度；多束近红外激光，分别设置在定子4的周侧照射到定子4的外表面，近红外激光通过扫描振镜进行来回摆动。
在一种较优的实施例中，转子5的外表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个第二液珠32吸附在定子4上，转子5的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，定子4为玻璃材质，定子4的内侧面上设有超亲水的第二接触区域，第二液珠32吸附在第二接触区域上，定子4的内侧面的其余区域设有超疏水层。
在一种较优的实施例中，多束加热激光束6分别照射位于第一液珠31侧边的第一超滑表面和转子5的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动第一液珠31和转子5运动的牵引力，多束加热激光束6包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各第一液珠31相同方位的第一超滑表面上，并跟随第一液珠31的运动调整照射位置，红外加热激光束还用于直接照射第一液珠31，通过第一液珠31蒸发减小底座2的高度；多束近红外激光，分别以设定的入射角度透过定子4照射到转子5的外表面。
具体地，本发明通过多束红外加热激光束6分别照射位于各第一液珠31相同方位的第一超滑表面上，使得各第一液珠31的运动方向一致，在第一液珠31运动过程中，根据目标位置，红外加热激光束6不断调整位置，跟着第一液珠31进行随动，直至冷指气缸9被运送到冷指底座前。
进一步的，底座2的Z轴下降运动也可通过红外加热激光束6直接照射第一液珠31实现第一液珠31蒸发减小高度。
具体地，在图1所示的第一种结构中，近红外激光直接照射到定子4表面对第二液珠32进行加热牵引。近红外激光通过扫描振镜进行来回摆动，本实施例中可摆动角度为40°。由于转子5为超亲水玻璃表面，转子5将第二液珠32吸附在表面，被第二液珠32拖动旋转。整个过程第二液珠32与转子5不发生相对位移。
本发明中转子5的转动速度通过改变激光功率、脉冲频率、以及转动激光摆动速度来调节。滑动速度根据激光焊接工艺进行设计。
具体地，在图2所示的第二种结构中，本实施例中近红外激光透过超亲水玻璃制得的定子4照射到转子5的外表面，近红外激光不发生运动，由于定子4是超亲水玻璃表面，定子4将第二液珠32吸附在内，整个过程第二液珠32与定子4不发生相对位移。第二液珠32在转子5的外表面由于硅油表面张力驱动，使得转子5表面发生相对滑移，从而驱动转子5旋转。
转动速度通过改变激光功率、脉冲频率来调节。滑动速度根据激光焊接工艺进行设计。
利用本发明中的装置与方法可以通过激光驱动实现超薄壁冷指气缸9的固定、转运与焊接随动，从而实现精准且稳定焊接。
在一种较优的实施例中，装配底板1的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，底座2为玻璃材质，底座2的下端面设有超亲水的第一接触区域，第一液珠31吸附在第一接触区域上，底座2的下端面的其余区域设有超疏水层。
在一种较优的实施例中，如图5所示，还包括若干个注射微针7，设置在装配底板1上和/或设置在装配底板1的下方，通过注射微针7的针头穿刺入第一液珠31抽取或补充第一液珠31的液体，用以通过改变第一液珠31的大小调整底座2的高度。
具体地，本发明还通过注射微针7实现底座2的Z轴方向运动，通过注射微针7从第一液珠31的底部穿刺或者从第一液珠31的侧边穿刺，对静止的第一液珠31进行注射与吸取实现底座2在Z轴方向的上升与下降运动。
进一步具体的，本发明中注射微针7被固定在预设位置，当第一液珠31被调整到该位置后才可以调整其体积；此外，注射微针7不会与用于牵引的激光发生干涉。从侧边调整第一整液珠的体积的方式可以在第一液珠31运动过程进行补充，但在特殊位置时可能会与激光发生干涉。注射微针7通过滚珠丝杠转动对第一液珠31的液滴进行精确补充，最小补充量为0.1微升。
一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，用于制作任意一项实施例中的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，如图7，图8，图9所示，包括，步骤S1，材料制备，包括，步骤A，超滑表面材料的制备，包括，步骤A1，通过飞秒或皮秒激光对用于制备装配底板1的聚二甲基硅氧烷的表面和用于制备定子4的聚二甲基硅氧烷的内表面或用于制备转子5的聚二甲基硅氧烷的外表面进行辐照，在辐照面形成随机多孔隙结构；步骤A2，在辐照后的聚二甲基硅氧烷的表面浸润硅油，使得硅油吸附到随机多孔隙结构中，获得装配底板1和定子4或转子5；步骤B，玻璃材料的制备，包括，步骤B1，在用于制备底座2的玻璃的下表面和用于制备转子5的玻璃的外表面或用于制备定子4的玻璃的内表面上设置一疏水层；步骤B2，通过蚀刻激光对用于约束液体的区域蚀刻出网格状图案，暴露超亲水的玻璃表面，在具备网格状图案的玻璃的表面设置一超疏水层，同时获得具备一定角度的接触角；步骤B3，在预设的第一液珠31的吸附点和第二液珠32的吸附点进行激光蚀刻，去除超疏水层暴露出超亲水的玻璃表面，形成具备超亲水的第一接触区域的底座2和具备超亲水的第二接触区域的转子5或定子4；步骤S2，装配，将转子5或定子4浸入水中后缓慢提起，转子5或定子4上的超亲水和超疏水区域通过自组装的方式按照刻蚀区域自发形成液珠并按规律排布形成第二液珠32，将转子5套在冷指气缸9的外侧，将定子4套在转子5的外侧，将携带冷指气缸9的定子4连接在设于装配底板1上的底座2上。
具体地，本发明在图1所示的结构中，通过10皮秒以下的超快激光对用于制备装配底板1的聚二甲基硅氧烷的表面和用于制备定子4的聚二甲基硅氧烷的至少内表面进行辐照，在辐照面形成随机多孔隙结构，在超快激光辐照后的聚二甲基硅氧烷的表面浸润硅油，并使得硅油吸附到随机多孔隙结构中，获得装配底板1和定子4；在用于制备底座2的玻璃的下表面和用于制备转子5的玻璃的外表面上设置一疏水层，通过蚀刻激光对用于约束液体的区域蚀刻出网格状图案，暴露超亲水的玻璃表面，在具备网格状图案的玻璃的表面设置一超疏水层，同时获得具备一定角度的接触角，在预设的第一液珠31的吸附点和第二液珠32的吸附点进行激光蚀刻，去除超疏水层暴露出超亲水玻璃表面，获得具备第一接触区域的底座2和具备第二接触区域的转子5；进一步具体的，本发明中所提及的超亲水和超疏水的模型原理是指液体与固体表面微观结构的凹凸面直接接触的Wenzel模型和液体只与固体表面微观结构的凸面接触的Cassie模型，本发明通过在疏水层对于预设的液珠吸附位置上进行激光蚀刻，在激光蚀刻的区域上根据图案暴露出原本的玻璃表面，对于Wenzel模型，液体与固体微观结构的凹凸面接触，完全占据微观结构表面的凹槽，使得液体与固体的实际接触面积远大于表观几何接触面积，液滴会完全湿润微观固体表面，使得液滴与固体表面之间的接触角小于90度，表现出较强的亲水性；对于Cassie模型，本发明的液珠只会和超疏水层的凸面相接触，将转子5或定子4浸入水中后缓慢提起，转子5或定子4上的超亲水区域会自发的吸附液体，超疏水区域会自发的排斥液体，因此液体仅会吸附在设定的超亲水区域并按照规律排布形成第二液珠32。
图1所示的结构的装配过程为，将转子5浸入水中后缓慢提起，转子5上吸附一定量的液体形成第二液珠32，将吸附第二液珠32的转子5套在冷指气缸9的外侧，将定子4套在转子5的外侧，将携带冷指气缸9的定子4连接在设于装配底板1上的底座2上。
具体地，本发明中通过10皮秒以下的超快激光，例如飞秒对聚二甲基硅氧烷（PDMS）进行表面辐照，使其表面呈现随机多孔隙结构，在激光加工后的表面浸润硅油，并使其充分吸附到随机多孔隙结构中。不同能量密度的超快激光辐照后的表面呈现不同的孔隙，通常为5微米~10微米的尺度区间，本实施例中超滑表面至少包括装配底板1的上表面和定子4的内侧面。
具体地，本发明中通过将超亲水玻璃表面浸泡在疏水试剂中30min，再进行烘干或者使用超疏水喷雾进行喷涂获得疏水层，进一步的，通过皮秒贝塞尔光束，对设计用于约束液体的区域进行刻蚀，暴露出原本超亲水玻璃表面。
本实施例中直接对定子4玻璃的外表面进行蚀刻处理形成网格状的蚀刻图案，网格间距为10微米~50微米，刻蚀深度为10微米~40微米；在激光加工好蚀刻图案后，将超疏水试剂喷涂到蚀刻表面直至固化稳定，也可以通过浸泡在预制的超疏水试剂中30min，再经过烘烤制备超疏水层。此时整个蚀刻图案的表面呈现150°~160°的接触角。再对原本设计的液珠吸附位点进行激光刻蚀，将表面的超疏水图层去除掉，并暴露出初始超亲水表面，获得可以吸附第一液珠31的玻璃底座2和可以吸附第二液珠32的转子5。
具体地，本发明在图2所示的结构中，通过10皮秒以下的超快激光对用于制备装配底板1的聚二甲基硅氧烷的表面和用于制备转子5的聚二甲基硅氧烷的外表面进行辐照，在辐照面形成随机多孔隙结构，在超快激光辐照后的聚二甲基硅氧烷的表面浸润硅油，并使得硅油吸附到随机多孔隙结构中，获得装配底板1和转子5；以及；在用于制备底座2的玻璃的下表面和用于制备定子4的玻璃的内表面上设置一疏水层，通过蚀刻激光对用于约束液体的区域蚀刻出网格状图案，暴露超亲水的玻璃表面，在具备网格状图案的玻璃的表面设置一超疏水层，同时获得具备一定角度的接触角，在预设的第一液珠31的吸附点和第二液珠32的吸附点进行激光蚀刻，去除超疏水层暴露出超亲水玻璃表面，获得具备第一接触区域的底座2和具备第二接触区域的定子4；对于图2所示的结构的定子4材料制备过程中，将蚀刻激光的光斑聚焦于定子4的内表面，通过内雕方式蚀刻出网格状图案；图2所示的结构的装配过程为，将定子4浸入水中后缓慢提起，定子4上吸附一定量的液体形成第二液珠32，将转子5套在冷指气缸9的外侧后设于定子4的内侧，转子5的外表面与第二液珠32可滑动连接，将携带冷指气缸9的定子4连接在设于装配底板1上的底座2上。
具体地，本发明中通过10皮秒以下的超快激光，例如飞秒对聚二甲基硅氧烷（PDMS）进行表面辐照，使其表面呈现随机多孔隙结构，在激光加工后的表面浸润硅油，并使其充分吸附到随机多孔隙结构中。不同能量密度的超快激光辐照后的表面呈现不同的孔隙，通常为5微米~10微米的尺度区间，本实施例中超滑表面至少包括装配底板1的上表面和转子5的外表面。
具体地，本发明中通过将超亲水玻璃表面浸泡在疏水试剂中30min，再进行烘干或者使用超疏水喷雾进行喷涂获得疏水层，进一步的，通过皮秒贝塞尔光束，对设计用于约束液体的区域进行刻蚀，暴露出原本超亲水玻璃表面。
由于定子4需要蚀刻的位置在其内表面，因此采用内雕的方式，将激光光斑聚焦在玻璃的内表面进行刻蚀。本实施例中刻蚀图案为网格状，网格间距为10微米~50微米，刻蚀深度为10微米~40微米；在激光加工好蚀刻图案后，将超疏水试剂喷涂到蚀刻表面直至固化稳定，也可以通过浸泡加烘烤制备超疏水层。此时整个蚀刻图案的表面呈现150°~160°的接触角。再对原本设计的液珠吸附位点进行激光刻蚀，将表面的超疏水图层去除掉，并暴露出初始超亲水表面，获得可以吸附第一液珠31的玻璃底座2和可以吸附第二液珠32的定子4。
较优的，经实验后发现，本发明采用蚀刻激光蚀刻网格状图案后再设置超疏水层，可以带来更好的液珠约束效果，吸附的液珠会更接近球体，若直接设置超疏水层则液珠约束效果不够理想，会导致吸附的液珠为半圆形或者其他偏离球体的形状。
在一种较优的实施例中，如图6所示，步骤B1中，对用于制备底座2的玻璃的下表面进行蚀刻激光的蚀刻之前，还通过钻头在玻璃的底部钻出锥形孔21，形成第一液珠31的几何约束区域，在步骤B2中对具备几何约束区域的玻璃蚀刻网格状图案后设置超疏水层，去除几何约束区域内的超疏水层后形成暴露出超亲水玻璃表面的第一接触区域。
具体地，在装配精度要求大于20微米时，可以将底座2或转子5或定子4缓慢浸入水面下然后提起，超亲水区域会自动吸附一定量的液体形成液珠。在装配精度低于20微米时，可以重复以上步骤对液体进行补充；进一步的，对于第一液珠31可以通过注射微针7对液体体积进行二次补充，配合准直激光束对液滴量进行校准；也可以直接通过注射微针7对液体进行补充，每一个第一液珠31的体积应当相同。
本实施例中玻璃底座2除了和转子5或定子4采用相同的加工方法之外，还可以先通过小型钻头钻出锥形孔21，通过几何约束的方式将第一液珠31固定在设计的位置。锥形孔21加工必须在激光加工工序之前，否者钻出的多个锥形孔21的表面浸润性不稳定，对于工件支撑能力可能各不相同，即使在第一液珠31的体积相同的情况下也可能导致工装发生倾斜。
在一种较优的实施例中，步骤 S2中，将底座2设置在装配底板1上的方法包括，将底座2浸入水中后缓慢提起，底座2的下方吸附一定量的液体形成第一液珠31，将吸附有第一液珠31的底座2设置在装配底板1上；或；在装配底板1上对应几何约束区域的位置滴上第一液珠31，将何约束区域与第一液珠31对齐后将底座2盖在第一液珠31上。
综上，本发明具备如下有益效果，
1. 本发明能够通过面接触的形式降低装夹应力与受重力影响的径向形变；
2. 通过硅油表面张力的变化，驱动液珠带动冷指气缸9运动，在运动过程中，相较于一般机械传动，几乎没有振动；
3. 可以无需提供任何主动运动装置即可实现转子5的驱动，极大的提高了装置的可靠性和稳定性。
4. 微针注射和吸取液体能够调平冷指气缸9以及调整冷指气缸9升降。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，包括，一装配底板，所述装配底板具备吸附着硅油的第一超滑表面；一底座，设置在所述装配底板的上方；多个第一液珠，可滑动地设置在所述装配底板上，并吸附在所述底座的下表面，基于所述第一液珠在所述装配底板上滑动带动所述底座在水平方向上运动；一圆筒形的定子，设置在所述底座上，所述定子的弧形外表面和所述底座的上端连接；一圆筒形的转子，设于所述定子内侧与所述定子具备相同轴线，所述转子的内侧壁和一冷指气缸的外侧壁同轴连接，基于所述转子沿轴线转动带动所述冷指气缸旋转；多个第二液珠，分布在所述定子和所述转子之间并吸附在所述定子或所述转子上；多束加热激光束，分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面以及照射所述定子的外表面或所述转子的外表面。
2.根据权利要求1所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，所述定子的至少内表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个所述第二液珠吸附在所述转子上，所述定子的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述转子为玻璃材质，所述转子的外侧面上设有超亲水的第二接触区域，所述第二液珠吸附在所述第二接触区域上，所述转子的外侧面的其余区域设有超疏水层。
3.根据权利要求2所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，多束所述加热激光束分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面和所述定子的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动所述第一液珠和所述第二液珠运动的牵引力，多束所述加热激光束包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各所述第一液珠相同方位的所述第一超滑表面上，并跟随所述第一液珠的运动调整照射位置，所述红外加热激光束还用于直接照射所述第一液珠，通过所述第一液珠蒸发减小所述底座的高度；多束近红外激光，分别设置在所述定子的周侧照射到所述定子的外表面，所述近红外激光通过扫描振镜进行来回摆动。
4.根据权利要求1所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，所述转子的外表面具备吸附着硅油的第二超滑表面，多个所述第二液珠吸附在所述定子上，所述转子的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述定子为玻璃材质，所述定子的内侧面上设有超亲水的第二接触区域，所述第二液珠吸附在所述第二接触区域上，所述定子的内侧面的其余区域设有超疏水层。
5.根据权利要求4所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，多束所述加热激光束分别照射位于所述第一液珠侧边的第一超滑表面和所述转子的外表面，基于硅油加热的张力变化产生驱动所述第一液珠和所述转子运动的牵引力，多束所述加热激光束包括，多束红外加热激光束，分别照射在位于各所述第一液珠相同方位的所述第一超滑表面上，并跟随所述第一液珠的运动调整照射位置，所述红外加热激光束还用于直接照射所述第一液珠，通过所述第一液珠蒸发减小所述底座的高度；多束近红外激光，分别以设定的入射角度透过所述定子照射到所述转子的外表面。
6.根据权利要求1所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，所述装配底板的材质为表面经超快激光辐照后浸润硅油的聚二甲基硅氧烷，所述底座为玻璃材质，所述底座的下端面设有超亲水的第一接触区域，所述第一液珠吸附在所述第一接触区域上，所述底座的下端面的其余区域设有超疏水层。
7.根据权利要求1所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，还包括若干个注射微针，设置在所述装配底板上和/或设置在所述装配底板的下方，通过所述注射微针的针头穿刺入所述第一液珠抽取或补充所述第一液珠的液体，用以通过改变所述第一液珠的大小调整所述底座的高度。
8.一种杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，用于制作如权利要求1-7中任意一项所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置，其特征在于，包括，步骤S1，材料制备，包括，步骤A，超滑表面材料的制备，包括，步骤A1，通过飞秒或皮秒激光对用于制备所述装配底板的聚二甲基硅氧烷的表面和用于制备所述定子的聚二甲基硅氧烷的内表面或用于制备所述转子的聚二甲基硅氧烷的外表面进行辐照，在辐照面形成随机多孔隙结构；步骤A2，在辐照后的聚二甲基硅氧烷的表面浸润硅油，使得硅油吸附到随机多孔隙结构中，获得所述装配底板和所述定子或所述转子；步骤B，玻璃材料的制备，包括，步骤B1，在用于制备所述底座的玻璃的下表面和用于制备所述转子的玻璃的外表面或用于制备所述定子的玻璃的内表面上设置一疏水层；步骤B2，通过蚀刻激光对用于约束液体的区域蚀刻出网格状图案，暴露超亲水的玻璃表面，在具备网格状图案的玻璃的表面设置一超疏水层，同时获得具备一定角度的接触角；步骤B3，在预设的所述第一液珠的吸附点和所述第二液珠的吸附点进行激光蚀刻，去除所述超疏水层暴露出超亲水的玻璃表面，形成具备超亲水的第一接触区域的所述底座和具备超亲水的所述第二接触区域的所述转子或所述定子；步骤S2，装配，将所述转子或所述定子浸入水中后缓慢提起，所述转子或所述定子上的超亲水和超疏水区域通过自组装的方式按照刻蚀区域自发形成液珠并按规律排布形成所述第二液珠，将所述转子套在所述冷指气缸的外侧，将所述定子套在所述转子的外侧，将携带所述冷指气缸的定子连接在设于所述装配底板上的所述底座上。
9.根据权利要求8所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，其特征在于，步骤B1中，对用于制备所述底座的玻璃的下表面进行所述蚀刻激光的蚀刻之前，还通过钻头在玻璃的底部钻出锥形孔，形成所述第一液珠的几何约束区域，在步骤B2中对具备所述几何约束区域的玻璃蚀刻网格状图案后设置所述超疏水层，去除所述几何约束区域内的所述超疏水层后形成暴露出超亲水的玻璃表面的所述第一接触区域。
10.根据权利要求9所述的杜瓦薄壁冷指精密装配与焊接装置的制备方法，其特征在于，步骤 S2中，将所述底座设置在所述装配底板上的方法包括，将所述底座浸入水中后缓慢提起，所述底座的下方吸附一定量的液体形成所述第一液珠，将吸附有所述第一液珠的所述底座设置在所述装配底板上；或；在所述装配底板上对应所述几何约束区域的位置滴上所述第一液珠，将所述何约束区域与所述第一液珠对齐后将所述底座盖在所述第一液珠上。
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