電化學(xué)微納加工設(shè)備的制作方法
【專利摘要】電化學(xué)微納加工設(shè)備，它屬于一種納米加工裝置。為解決現(xiàn)有的電化學(xué)微納加工設(shè)備成本過(guò)高、電化學(xué)加工技術(shù)應(yīng)用不完善的問(wèn)題。隔振基座包括臺(tái)面、支架橫梁以及基座，臺(tái)面固定安裝在基座上端面，臺(tái)面上可拆卸安裝有支架橫梁，X向直線導(dǎo)軌固定平放于臺(tái)面上，支架橫梁垂直于X向直線導(dǎo)軌設(shè)置，水平旋轉(zhuǎn)組件固定在X向直線導(dǎo)軌上，水平調(diào)整部件固定在水平旋轉(zhuǎn)組件上，Y向直線導(dǎo)軌固定在支架橫梁的前側(cè)面上，Z向直線導(dǎo)軌固定在Y向直線導(dǎo)軌上，電極逼近部件固定在Z向直線導(dǎo)軌上。本發(fā)明具有精度高、加工效果好等優(yōu)點(diǎn)，用于工件的電化學(xué)微納加工。
【專利說(shuō)明】電化學(xué)微納加工設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種納米加工裝置，具體涉及一種采用電化學(xué)加工方法的微納加工設(shè) 備。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微型化是軍事及民用研究領(lǐng)域總的發(fā)展趨勢(shì)。如大規(guī) 模集成電路（ULSI)、微納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS & NEMS)、微全分析系統(tǒng)（μ-TAS)以及精密光學(xué)器 件的發(fā)展，要求每個(gè)功能器件的尺寸達(dá)到微納米量級(jí)。現(xiàn)代化的高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)要求武器小型 化，如微型潛艇、微型飛機(jī)、微型導(dǎo)彈等，這些新型武器的組成零件要求其結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到微 米乃至納米量級(jí)，加工精度達(dá)到納米量級(jí)。在民用領(lǐng)域，以計(jì)算機(jī)CPU芯片為例，商業(yè)化的 超大集成電路的特征線寬已經(jīng)達(dá)到32nm以下。這些零件或者元件的制造需要各種微納加 工技術(shù)，因此，發(fā)展微納加工技術(shù)已成為全世界精密制造領(lǐng)域最前沿的熱門課題，并且在此 基礎(chǔ)上逐步形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)--微納制造。一般地，微納加工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)需求具體體 現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1)納米精度的超光滑表面；（2)微納尺度的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)；（3)微納 米器件的裝配。
[0003] 電化學(xué)微納加工技術(shù)作為微納加工方法之一，具有無(wú)熱效應(yīng)、無(wú)殘余應(yīng)力，精度可 控、去除率高、加工效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在微納加工領(lǐng)域也占有及其重要的地 位。實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微納加工的方法有：陰極電沉積（電鍍或電鑄)、陽(yáng)極溶解、電化學(xué)誘導(dǎo)化學(xué) 刻蝕技術(shù)。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電極/溶液界面，由于參與反應(yīng)的物質(zhì)的液相傳質(zhì)過(guò)程，在界 面溶液一側(cè)形成擴(kuò)散層。因此，控制電化學(xué)微/納米加工精度的關(guān)鍵就在于控制擴(kuò)散層的 厚度。常用的電化學(xué)微納加工方法有： (1)掃描探針電化學(xué)微納加工技術(shù) 電化學(xué)掃描隧道顯微鏡（EC-STM)微納加工方法于1997年由Kolb課題組提出：首先在 STM探針上沾上帶有Cu2+的溶液，再移到金基片上通過(guò)電沉積形成銅納米團(tuán)簇。廈門大學(xué) 毛秉偉教授課題組在室溫離子液體環(huán)境中電沉積得到了活潑金屬鋅和鐵的納米團(tuán)簇圖案。 此方法的加工精度非常高，團(tuán)簇的直徑一般在亞納米級(jí)別，高度可以控制在幾個(gè)納米。但其 最大的不足在于掃描行程非常有限，因此加工尺度范圍很小。Schuster提出了超短電壓脈 沖技術(shù)，該技術(shù)是將微/納米電極、電極陣列或者帶有三維微結(jié)構(gòu)的模板逼近待加工的導(dǎo) 電基底，在針尖與基底之間施以納秒級(jí)電壓脈沖，只有距離工具最近的工件部位發(fā)生陽(yáng)極 溶解，從而得到尺度可控的微型結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)具有距離敏感性，加工精度較高，但逐點(diǎn)作 業(yè)效率低。
[0004] 掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM)是一種以超微電極或納米電極為探針的掃描探針技 術(shù)，由一個(gè)三維精密定位系統(tǒng)來(lái)控制探針電極與被加工基底之間的距離，通過(guò)在針尖與基 底之間局部區(qū)域激發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，可以獲得各種微結(jié)構(gòu)圖案。該技術(shù)空間分辨率有所降低， 但化學(xué)反應(yīng)性能得到增強(qiáng)，大大拓展了微/納米加工的對(duì)象，成為一種重要的微納加工技 術(shù)。掃描微電解池顯微鏡（SECCM)是利用毛細(xì)管尖端的微液滴與導(dǎo)電工件形成接觸，參比 電極、對(duì)電極插入到毛細(xì)管中與導(dǎo)電的加工基底構(gòu)成微電解池，并以該微電解池作為掃描 探針。由于電化學(xué)反應(yīng)被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸決定了加工的精度。
[0005] (2)掩模電化學(xué)微納加工技術(shù) LIGA是一種加工高深寬比微/納米結(jié)構(gòu)的方法。該方法先在導(dǎo)電基底上涂覆一層光刻 膠，通過(guò)光刻曝光后形成高深寬比的微/納米結(jié)構(gòu)，然后在含有微/納米結(jié)構(gòu)的光刻膠模板 上電沉積金屬，去除光刻膠后得到金屬微/納米結(jié)構(gòu)。獲得的金屬微/納米結(jié)構(gòu)還可以進(jìn) 一步作為加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LIGA加工的深寬比可以達(dá)到10?50,粗糙度 小于50nm。但該技術(shù)使用的X射線曝光光源價(jià)格昂貴，而紫外曝光工藝得到的深寬比又較 低。另外，如何在有較高深寬比的光刻膠微/納米結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電鑄也是需要解決 的問(wèn)題。
[0006] EFAB是由美國(guó)南加州大學(xué)Adam Cohan教授提出的一種微/納米加工方法。EFAB 技術(shù)首先利用CAD將目標(biāo)三維微/納米結(jié)構(gòu)分解成容易通過(guò)光刻加工的多層二維微/納米 結(jié)構(gòu)，然后將設(shè)計(jì)好的微/納米結(jié)構(gòu)層和犧牲層一層一層地沉積于二維光刻膠模板中，去 掉光刻膠模板和犧牲層金屬就可以得到所需的微/納米結(jié)構(gòu)。但每一個(gè)電鑄層都要求高度 平坦化，而化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)成本高，而且任何兩層之間的對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤都將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)微/ 納米加工流程失敗。
[0007] 電化學(xué)納米壓印技術(shù)48&是一種具有銀離子傳輸能力的固態(tài)超離子導(dǎo)體電解 質(zhì)，當(dāng)銀工件表面接觸到超離子導(dǎo)體模板時(shí)，通過(guò)在工件上施加一定的電壓，銀工件表面與 模板的連接處將會(huì)發(fā)生銀的陽(yáng)極溶解，銀離子在AgS 2電解質(zhì)中遷移，沉積到AgS2模板另一 側(cè)的對(duì)電極上，從而形成納米結(jié)構(gòu)。但是，可用于模板制作的固體電解質(zhì)材料有限，機(jī)械強(qiáng) 度差，固相傳質(zhì)速率慢，加工效率低。
[0008] (3 )微納精度的電化學(xué)平坦化技術(shù) 電化學(xué)拋光（ECP)技術(shù)是利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理實(shí)現(xiàn)材料的去除，可在非接觸無(wú) 應(yīng)力的條件下實(shí)現(xiàn)高效平坦化，還可避免產(chǎn)生介質(zhì)層裂紋、分層等加工缺陷。但是如果加工 間隙過(guò)小則易導(dǎo)致正負(fù)極短路，影響工藝的穩(wěn)定性，在目前的技術(shù)條件下很難實(shí)現(xiàn)亞微米 級(jí)面型精度表面的平坦化加工。
[0009] 電化學(xué)機(jī)械拋光（ECMP)技術(shù)是Applied Materials公司于2004年推出的平坦化 技術(shù)。一方面，通過(guò)電化學(xué)作用在加工表面生成軟質(zhì)鈍化膜，同時(shí)在低拋光壓力下以機(jī)械作 用快速去除該鈍化膜；另一方面，利用電化學(xué)作用形成的鈍化膜對(duì)加工表面低凹部位的保 護(hù)作用及多孔拋光墊和磨粒對(duì)加工表面凸出部位的高選擇性去除作用，可實(shí)現(xiàn)高精度的平 坦化。然而，在技術(shù)上還無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度平坦化加工。
[0010]目前，與光刻技術(shù)聯(lián)用的電化學(xué)微納加工技術(shù)，比如超大集成電路的雙大馬士革 工藝、微納機(jī)電系統(tǒng)的LIGA和EFAB工藝，其加工設(shè)備主要是是價(jià)格昂貴的光刻工藝設(shè)備和 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其電化學(xué)工藝設(shè)備實(shí)際上只是傳統(tǒng)的電鑄和電鍍?cè)O(shè)備。電化學(xué)機(jī)械拋 光是在化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的基礎(chǔ)上引入陽(yáng)極氧化的工藝。實(shí)際上在這類技術(shù)中，電化學(xué)只 是作為一道工藝，嚴(yán)格上并不是直接通過(guò)電化學(xué)方法生成3D微納結(jié)構(gòu)或超光滑表面。
[0011] 綜上，現(xiàn)有的電化學(xué)微納加工設(shè)備的研制相對(duì)比較滯后。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的電化學(xué)微納加工設(shè)備成本過(guò)高、電化學(xué)加工技術(shù)應(yīng)用不完 善的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種成本低、應(yīng)用效果好、精度高的電化學(xué)微納加工設(shè)備。
[0013] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：暫略 本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)精度高，應(yīng)用效果好，運(yùn)動(dòng)精度高，其中，X、Y向 直線導(dǎo)軌行程為1〇〇_，全行程直線度優(yōu)于0. 2 μ m，進(jìn)給分辨率可達(dá)10nm，重復(fù)定位精度可 達(dá)±0. 5 μ m。Z向直線導(dǎo)軌行程為100mm，位置分辨率可達(dá)1 μ m，定位精度高于5 μ m。水平 旋轉(zhuǎn)組件徑向回轉(zhuǎn)精度優(yōu)于〇. 5 μ m，軸向回轉(zhuǎn)精度優(yōu)于0. 2 μ m。電極逼近組件行程50 μ m， 位置分辨率優(yōu)于〇. 5nm，水平調(diào)整部件調(diào)整分辨率優(yōu)于0. Γ，操作方便，控制簡(jiǎn)單，完全采 用電化學(xué)方法進(jìn)行加工。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的電化學(xué)微納加工設(shè)備的立體圖，圖2是圖1的主視圖，圖3是圖1 的俯視圖，圖4是圖1的左視圖，圖5是隔振基座1的主視圖，圖6是圖5的俯視圖，圖7是 圖5的左視圖，圖8是電極逼近部件7的王視圖，圖9是圖8的俯視圖，圖10是圖8的左視 圖，圖11是控制系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0015] 圖中的部件名稱及標(biāo)號(hào)分別如下： 隔振基座1、臺(tái)面1-1、支架橫梁1-2、基座1-3、X向直線導(dǎo)軌2、X向底板2-1、X向?qū)?軌2-2、X向工作臺(tái)2-3、水平旋轉(zhuǎn)組件3、旋轉(zhuǎn)底板3-1、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)3-2、水平調(diào)整部件4、 調(diào)整部件底板4-1、彈性支撐片4-2、調(diào)整旋鈕4-3、水平工作臺(tái)4-4、電解液容器4-5、工件 4-6、Υ向直線導(dǎo)軌5、Υ向底板5-1、Υ向?qū)к?-2、Υ向工作臺(tái)5-3、Ζ向直線導(dǎo)軌6、伺服電機(jī) 6-1、滾珠絲杠6-2、Ζ向底板6-3、Ζ向?qū)к?-4、Ζ向工作臺(tái)6-5、電極逼近組件7、ΡΖΤ驅(qū)動(dòng) 器7-1、傳感器支座7-2、力傳感器7-3、加工電極7-4、控制系統(tǒng)8、液晶觸摸屏工控機(jī)8-1、 Α3200運(yùn)動(dòng)控制器8-2。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1~11所示，本實(shí)施方式的電化學(xué)微納加工設(shè)備，它包括隔振基座1、X向直線 導(dǎo)軌2、水平旋轉(zhuǎn)組件3、水平調(diào)整部件4、Υ向直線導(dǎo)軌5、Ζ向直線導(dǎo)軌6、電極逼近組件7， 所述的隔振基座1包括臺(tái)面1-1、支架橫梁1-2以及基座1-3,所述的臺(tái)面1-1固定安裝在 基座1-3上端面，所述的臺(tái)面1-1上可拆卸安裝有支架橫梁1-2,所述的X向直線導(dǎo)軌2固 定平放于臺(tái)面1-1上，所述的支架橫梁1-2垂直于X向直線導(dǎo)軌2設(shè)置，所述的水平旋轉(zhuǎn)組 件3固定在X向直線導(dǎo)軌2上，所述的水平調(diào)整部件4固定在水平旋轉(zhuǎn)組件3上，所述的Υ 向直線導(dǎo)軌5固定在支架橫梁1-2的前側(cè)面上，所述的Ζ向直線導(dǎo)軌6固定在Υ向直線導(dǎo) 軌5上，所述的電極逼近部件7固定在Ζ向直線導(dǎo)軌6上。其中隔振基座1是支撐主體，通 過(guò)隔振基座1支撐X向直線導(dǎo)軌2、Υ向直線導(dǎo)軌5、Ζ向直線導(dǎo)軌6、水平旋轉(zhuǎn)組件3、水平 調(diào)整部件4以及電極逼近部件7。所述的臺(tái)面1-1上沿X向設(shè)有兩組矩形陣列螺紋孔，支架 橫梁1-2的兩端通過(guò)螺釘與相對(duì)應(yīng)的矩形陣列螺紋孔螺紋連接，設(shè)置兩組矩形陣列螺紋孔 的目的是便于支架橫梁1-2沿X方向位置的調(diào)整。臺(tái)面1-1上還設(shè)有接線孔，用于接線的 布置。
[0017] 所述的X向直線導(dǎo)軌2包括X向底板2-1、X向?qū)к?-2、X向工作臺(tái)2-3,所述的 臺(tái)面1-1上設(shè)有呈矩形陣列排布的螺紋孔，所述的X向底板2-1通過(guò)所述的呈矩形陣列的 螺紋孔與X向底板2-1可拆卸連接(可以調(diào)節(jié)X向直線導(dǎo)軌2沿Y方向的位置)，所述的X 向?qū)к?-2固定在X向底板2-1上，所述的X向工作臺(tái)2-3安裝在X向?qū)к?-2上，X向工 作臺(tái)2-3與X向?qū)к?-2滑動(dòng)配合。
[0018] 所述的Y向直線導(dǎo)軌5包括Y向底板5-1、Y向?qū)к?-2、Y向工作臺(tái)5-3,所述的 Y向底板5-1固定在支架橫梁1-2的前側(cè)面上，Y向?qū)к?-2固定在Y向底板5-1上，Y向 工作臺(tái)5-3安裝在Y向?qū)к?-2上，Y向工作臺(tái)5-3與Y向?qū)к?-2滑動(dòng)配合。
[0019] 所述的Z向直線導(dǎo)軌6包括伺服電機(jī)6-1、滾珠絲杠6-2、Z向底板6-3、Z向?qū)к?6-4、Z向工作臺(tái)6-5,所述的Z向底板6-3固定在Y向工作臺(tái)5-3上，所述的Z向?qū)к?-4 固定在Z向底板6-3上，所述的Z向工作臺(tái)6-5安裝在Z向?qū)к?-4上，Z向工作臺(tái)6-5與 Z向?qū)к?-4滑動(dòng)配合，Z向工作臺(tái)6-5固定于滾珠絲杠6-2的下端，滾珠絲杠6-2與伺服 電機(jī)6-1連接，伺服電機(jī)6-1固定在支架橫梁1-2的上端；當(dāng)伺服電機(jī)6-1帶動(dòng)滾珠絲杠 6-2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)Z向工作臺(tái)6-5沿Z向?qū)к?-4運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Z方向的位置調(diào)節(jié)。
[0020] 所述的水平旋轉(zhuǎn)組件3包括旋轉(zhuǎn)底板3-1、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)3-2,所述的旋轉(zhuǎn)底板3-1 固定在X向工作臺(tái)2-3的上端面，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)3-2的下端通過(guò)軸承水平旋轉(zhuǎn)安裝在旋轉(zhuǎn)底 板3_1上。
[0021] 所述的水平調(diào)整部件4包括調(diào)整部件底板4-1、彈性支撐片4-2、調(diào)整旋鈕4-3、水 平工作臺(tái)4-4、電解液容器4-5,所述的調(diào)整部件底板4-1固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)3-2的上端，所 述的水平工作臺(tái)4-4設(shè)置在調(diào)整部件底板4-1的正上方，所述的彈性支撐片4-2設(shè)置于調(diào) 整部件底板4-1與水平工作臺(tái)4-4之間，電解液容器4-5安裝在水平工作臺(tái)4-4上，調(diào)整部 件底板4-1的上端面設(shè)有螺紋孔，所述的調(diào)整旋鈕4-3設(shè)置在調(diào)整部件底板4-1與水平工 作臺(tái)4-4之間，調(diào)整旋鈕4-3的螺紋端與調(diào)整部件底板4-1的螺紋孔螺紋連接。 當(dāng)水平工作臺(tái)4-4不水平時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕4-3,即可實(shí)現(xiàn)水平工作臺(tái)4-4的水平 調(diào)整。
[0022] 所述的電極逼近部件7包括PZT驅(qū)動(dòng)器7-1、傳感器支座7-2、力傳感器7-3、加工 電極7-4,所述的PZT驅(qū)動(dòng)器7-1安裝在Z向工作臺(tái)6-5上，所述的傳感器支座7-2安裝在 PZT驅(qū)動(dòng)器7-1上，所述的力傳感器7-3的一端與傳感器支座7-2固連，力傳感器7-3的另 一端設(shè)有加工電極7-4。
[0023] 所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備還包括控制系統(tǒng)8,所述的控制系統(tǒng)8固定在隔振基 座1內(nèi)的下方，所述的控制系統(tǒng)8包括液晶觸摸屏工控機(jī)8-UA3200運(yùn)動(dòng)控制器8-2 ;所述 的液晶觸摸屏工控機(jī)8-1中裝有多維聯(lián)動(dòng)控制軟件，液晶觸摸屏工控機(jī)8-1上的微處理器 操作面板操作該軟件對(duì)A3200運(yùn)動(dòng)控制器8-2進(jìn)行控制及操作，所述的A3200運(yùn)動(dòng)控制器 8-2分別與X向直線導(dǎo)軌2、Y向直線導(dǎo)軌5、Z向直線導(dǎo)軌6、電極逼近組件7、水平旋轉(zhuǎn)組 件4連接，A3200運(yùn)動(dòng)控制器8-2將控制信號(hào)分別發(fā)送給X向直線導(dǎo)軌2、Y向直線導(dǎo)軌5、 Z向直線導(dǎo)軌6、電極逼近組件7、水平旋轉(zhuǎn)組件4, A3200運(yùn)動(dòng)控制器8-2收集以上組件及 導(dǎo)軌的實(shí)時(shí)信息反饋給液晶觸摸屏工控機(jī)8-1，并通過(guò)液晶觸摸屏工控機(jī)8-1多維聯(lián)動(dòng)控 制軟件加以顯示?？蓪?shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制及在線測(cè)量等功能，A3200運(yùn)動(dòng)控制器帶有強(qiáng) 大的運(yùn)動(dòng)控制軟件，具有很好的可擴(kuò)展性。
[0024] 控制過(guò)程： 在控制系統(tǒng)8控制下，X向工作臺(tái)2-3可沿X向?qū)к?-2發(fā)生運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X方向的位置 調(diào)節(jié)。這時(shí)設(shè)置在X向直線導(dǎo)軌2上的水平旋轉(zhuǎn)組件3及水平調(diào)整部件4也隨之運(yùn)動(dòng)，水 平調(diào)整部件4是安裝在水平旋轉(zhuǎn)組件3上的。
[0025] 在控制系統(tǒng)8的控制下，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)3-2可水平旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)解工件4-6與加工電 極7-4的相對(duì)位置，這時(shí)設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)組件3上的水平調(diào)整部件4也隨之運(yùn)動(dòng)。
[0026] 在控制系統(tǒng)8的控制下，Y向工作臺(tái)5-3可沿Y向?qū)к?-2發(fā)生運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y方向 的位置調(diào)節(jié)。這時(shí)設(shè)置在Y向直線導(dǎo)軌5上的Z向直線導(dǎo)軌6以及電極逼近部件7也隨之 運(yùn)動(dòng)。
[0027] 當(dāng)伺服電機(jī)6-1帶動(dòng)滾珠絲杠6-2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)Z向工作臺(tái)6-5沿Z向?qū)к?-4 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Z方向的位置調(diào)節(jié)，這時(shí)Z向工作臺(tái)6-5上的電極逼近部件7也隨之運(yùn)動(dòng)。
[0028] 在控制系統(tǒng)8的控制下，PZT驅(qū)動(dòng)器7-1可以實(shí)現(xiàn)高精度直線微量進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn) 了加工電極7-4逼近工件4-6表面的過(guò)程。當(dāng)加工電極7-4與工件4-6表面發(fā)生接觸時(shí)，由 于接觸力的作用，力傳感器7-3就會(huì)檢測(cè)到力反饋信號(hào)，停止PZT驅(qū)動(dòng)器7-1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 從而實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)以及自動(dòng)化調(diào)整。
[0029] 電化學(xué)微納加工設(shè)備采用龍門式T型布局，將X和Y向的水平移動(dòng)分離，避免了兩 個(gè)導(dǎo)軌的誤差耦合。
[0030] 本發(fā)明的電化學(xué)微納加工設(shè)備的整個(gè)工作流程如下： 加工過(guò)程采用粗調(diào)、微調(diào)相結(jié)合的方式來(lái)逼近工件4-6待加工表面，并配合以力傳感 器7-3時(shí)時(shí)檢測(cè)接觸信號(hào)。初始階段，首先利用電極逼近部件7實(shí)現(xiàn)微調(diào)，并且在下降過(guò)程 中，時(shí)時(shí)通過(guò)力傳感器7-3檢測(cè)加工電極7-4頭部是否與工件4-6待加工表面發(fā)生接觸，若 已下降至全長(zhǎng)且仍未發(fā)生接觸，則收回加工電極7-4。并利用Z向直線導(dǎo)軌6導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)粗 調(diào)，粗調(diào)距離應(yīng)小于微調(diào)距離，以避免在粗調(diào)過(guò)程中加工電極7-4頭部與工件4-6待加工表 面發(fā)生碰撞。待粗調(diào)完畢后，再進(jìn)行微調(diào)，直至微調(diào)過(guò)程中力傳感器7-3檢測(cè)到接觸信號(hào)， 便停止繼續(xù)下降，以免損壞加工電極7-4頭部，并改為向上運(yùn)動(dòng)，達(dá)到合適位置完成電化學(xué) 加工。
[0031] 該電化學(xué)微納加工設(shè)備所有外購(gòu)件型號(hào)、生產(chǎn)廠家以及對(duì)應(yīng)零部件如下： 控制系統(tǒng)8 :Aerotech公司的A3200運(yùn)動(dòng)控制器； X向直線導(dǎo)軌2 :Aerotech公司的ABL20010 ; Y向直線導(dǎo)軌5 :Aerotech公司的ABL15010 ; Z向直線導(dǎo)軌6 :Aerotech公司的ATS100-100 ; 水平旋轉(zhuǎn)組件3 :Aerotech公司的ABRS-150MP ; 水平調(diào)整部件4 :西格瑪光機(jī)株式會(huì)社的AIS-100B ; PZT驅(qū)動(dòng)器7-1 :芯明天科技有限公司的XP-633. 1SL ; 力傳感器7-3 :深圳杰英特傳感儀器公司的FAB-6型平行梁式稱重傳感器。
【權(quán)利要求】
1. 一種電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：它包括隔振基座（1)、X向直線導(dǎo)軌（2)、水平 旋轉(zhuǎn)組件（3)、水平調(diào)整部件（4)、Y向直線導(dǎo)軌（5)、Z向直線導(dǎo)軌（6)、電極逼近組件（7)， 所述的隔振基座（1)包括臺(tái)面（1-1)、支架橫梁（1-2)以及基座（1-3)，所述的臺(tái)面（1-1)固 定安裝在基座（1-3)上端面，所述的臺(tái)面（1-1)上可拆卸安裝有支架橫梁（1-2)，所述的X向 直線導(dǎo)軌（2)固定平放于臺(tái)面（1-1)上，所述的支架橫梁（1-2)垂直于X向直線導(dǎo)軌（2)設(shè) 置，所述的水平旋轉(zhuǎn)組件（3)固定在X向直線導(dǎo)軌（2)上，所述的水平調(diào)整部件（4)固定在 水平旋轉(zhuǎn)組件（3)上，所述的Y向直線導(dǎo)軌（5)固定在支架橫梁（1-2)的前側(cè)面上，所述的 Z向直線導(dǎo)軌（6)固定在Y向直線導(dǎo)軌（5)上，所述的電極逼近部件（7)固定在Z向直線導(dǎo) 軌（6)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的X向直線導(dǎo)軌（2)包 括X向底板（2-1)、Χ向?qū)к墸?-2)、X向工作臺(tái)（2-3)，所述的臺(tái)面（1-1)上設(shè)有呈矩形陣列 排布的螺紋孔，所述的X向底板（2-1)通過(guò)所述的呈矩形陣列的螺紋孔與X向底板2-1可 拆卸連接，所述的X向?qū)к墸?-2)固定在X向底板（2-1)上，所述的X向工作臺(tái)（2-3)安裝 在X向?qū)к墸?-2)上，X向工作臺(tái)（2-3)與X向?qū)к墸?-2)滑動(dòng)配合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的Y向直線導(dǎo)軌（5) 包括Y向底板（5-1)、Υ向?qū)к墸?-2)、Y向工作臺(tái)（5-3)，所述的Y向底板（5-1)固定在支架 橫梁（1-2)的前側(cè)面上，Υ向?qū)к墸?-2)固定在Υ向底板（5-1)上，Υ向工作臺(tái)（5-3)安裝在 Υ向?qū)к墸?-2)上，Υ向工作臺(tái)（5-3)與Υ向?qū)к墸?-2)滑動(dòng)配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的Ζ向直線導(dǎo)軌（6)包 括伺服電機(jī)（6-1)、滾珠絲杠（6-2)、Ζ向底板（6-3)、Ζ向?qū)к墸?-4)、Ζ向工作臺(tái)（6-5)，所 述的Ζ向底板（6-3)固定在Υ向工作臺(tái)（5-3)上，所述的Ζ向?qū)к墸?-4)固定在Ζ向底板 (6-3)上，所述的Ζ向工作臺(tái)（6-5)安裝在Ζ向?qū)к墸?-4)上，Ζ向工作臺(tái)（6-5)與Ζ向?qū)?軌（6-4)滑動(dòng)配合，Ζ向工作臺(tái)（6-5)固定于滾珠絲杠（6-2)的下端，滾珠絲杠（6-2)與伺 服電機(jī)（6-1)連接，伺服電機(jī)（6-1)固定在支架橫梁（1-2)的上端；當(dāng)伺服電機(jī)（6-1)帶動(dòng) 滾珠絲杠（6-2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)Ζ向工作臺(tái)（6-5)沿Ζ向?qū)к墸?-4)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Ζ方向的位置 調(diào)節(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的水平旋轉(zhuǎn)組件（3)包 括旋轉(zhuǎn)底板（3-1 )、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（3-2)，所述的旋轉(zhuǎn)底板（3-1)固定在X向工作臺(tái)（2-3)的上 端面，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（3-2)的下端通過(guò)軸承水平旋轉(zhuǎn)安裝在旋轉(zhuǎn)底板（3-1)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的水平調(diào)整部件（4) 包括調(diào)整部件底板（4-1)、彈性支撐片（4-2)、調(diào)整旋鈕（4-3)、水平工作臺(tái)（4-4)、電解液容 器（4-5)，所述的調(diào)整部件底板（4-1)固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（3-2)的上端，所述的水平工作臺(tái) (4-4)設(shè)置在調(diào)整部件底板（4-1)的正上方，所述的彈性支撐片（4-2)設(shè)置于調(diào)整部件底板 (4-1)與水平工作臺(tái)（4-4)之間，電解液容器（4-5)安裝在水平工作臺(tái)（4-4)上，調(diào)整部件 底板（4-1)的上端面設(shè)有螺紋孔，所述的調(diào)整旋鈕（4-3)設(shè)置在調(diào)整部件底板（4-1)與水平 工作臺(tái)（4-4)之間，調(diào)整旋鈕（4-3)的螺紋端與調(diào)整部件底板（4-1)的螺紋孔螺紋連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的電極逼近部件（7) 包括ΡΖΤ驅(qū)動(dòng)器（7-1)、傳感器支座（7-2 )、力傳感器（7-3 )、加工電極（7-4)，所述的ΡΖΤ驅(qū) 動(dòng)器（7-1)安裝在Ζ向工作臺(tái)（6-5)上，所述的傳感器支座（7-2)安裝在ΡΖΤ驅(qū)動(dòng)器（7-1) 上，所述的力傳感器（7-3)的一端與傳感器支座（7-2)固連，力傳感器（7-3)的另一端設(shè)有 加工電極（7-4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的電化學(xué)微納加工設(shè)備，其特征是：所述的電 化學(xué)微納加工設(shè)備還包括控制系統(tǒng)（8)，所述的控制系統(tǒng)（8)固定在隔振基座（1)內(nèi)的下 方，所述的控制系統(tǒng)（8)包括液晶觸摸屏工控機(jī)（8-1)、A3200運(yùn)動(dòng)控制器（8-2);所述的液 晶觸摸屏工控機(jī)（8-1)中裝有多維聯(lián)動(dòng)控制軟件，液晶觸摸屏工控機(jī)（8-1)上的微處理器 操作面板操作該軟件對(duì)A3200運(yùn)動(dòng)控制器（8-2)進(jìn)行控制及操作，所述的A3200運(yùn)動(dòng)控制 器（8-2)分別與X向直線導(dǎo)軌（2)、Y向直線導(dǎo)軌（5)、Z向直線導(dǎo)軌（6)、電極逼近組件（7)、 水平旋轉(zhuǎn)組件（4)連接，A3200運(yùn)動(dòng)控制器（8-2)將控制信號(hào)分別發(fā)送給X向直線導(dǎo)軌（2)、 Y向直線導(dǎo)軌（5)、Z向直線導(dǎo)軌（6)、電極逼近組件（7)、水平旋轉(zhuǎn)組件（4)，A3200運(yùn)動(dòng)控制 器（8-2)收集以上組件及導(dǎo)軌的實(shí)時(shí)信息反饋給液晶觸摸屏工控機(jī)（8-1)，并通過(guò)液晶觸 摸屏工控機(jī)（8-1)多維聯(lián)動(dòng)控制軟件加以顯示。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104098066SQ201410346603
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】李增強(qiáng), 詹東平, 國(guó)樹森, 閆永達(dá), 胡振江, 趙學(xué)森 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)