用于改變基底表面特征的多元刀具設計的制作方法

專利名稱：用于改變基底表面特征的多元刀具設計的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種刀具設備，以及刀具控制方法。
背景技術：
用于改變工件表面結構的刀具是公知的。例如，計算機數字控制(CNC)車削或銑削機器能通過控制切割刀具相對于工件的移動而在工件中加工溝槽。這種系統使用諸如金剛石晶體這樣的硬質刀具。其它刀具使用激光，用于通過燒灼、燒結或其它過程來改變基底。而且，其它的刀具使用改變基底的放電加工，或將墨水或其它材料應用于基底表面的壓電元件。
在典型的應用中，工件安裝在或結合在鼓輪的表面上。該鼓輪被控制為當切削刀具移置到工件中以及沿工件移置時能夠旋轉。
一些CNC車削或銑削機器包括一對相對厚重的滑塊，其能沿正交軸線移動，以將切削刀具沿工件移置或移置到工件中。在應用了旋轉鼓輪支承的情況下，切削刀具移置的其中一個方向是沿鼓輪的旋轉軸線的方向，而另一方向是進入工件的方向。
其它的CNC車削或銑削機器包括帶有諸如壓電致動器的快速刀具伺服設備(FTS)以將切削刀具相對于工件移置。該壓電致動器基于所接收的控制信號移置切削刀具，且切削刀具相對于工件移置，或進入工件或相對于工件表面橫向移置。

發明內容
根據本發明一實施例，提供一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括多個刀具，配置為改變工件的表面；至少一個第一移置機構，配置為響應至少一個控制信號、相對于工件、在坐標系中移置所述多個刀具；和多個由所述第一移置機構支承的第二移置機構，所述第二移置機構配置為響應至少一個控制信號對所述多個刀具的每一個提供相對于工件的獨立的移置。
根據本發明的另一實施例，提供一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括多個刀具，配置為改變工件的表面；多個移置機構，每個移置機構配置為響應至少一個控制信號、沿工件上的大致相同的路徑移置所述刀具中的其中一個相應的刀具。
根據本發明的又一實施例，提供一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括第一刀具組，配置為改變工件的表面；第二刀具組，配置為改變工件的表面；第一移置機構組，該第一組的每個移置機構配置為響應至少一個控制信號沿工件上的大致相同的第一路徑移置第一刀具組的其中一個相應的刀具；和第二移置機構組，該第二組的每個移置機構配置為響應至少一個控制信號沿工件上的大致相同的第二路徑移置第二刀具組的其中一個相應的刀具。


圖1為根據本發明一實施例的豎直鼓輪工件和組件的側視示意圖。
圖2為圖1的豎直鼓輪工件和組件的正視示意圖。
圖3為根據本發明另一實施例的水平鼓輪工件和組件的側視示意圖。
圖4為圖3的水平鼓輪工件和組件的俯視示意圖。
圖5為根據本發明一實施例的兩組鼓輪工件和組件的示意圖。
圖6為根據本發明一實施例的用于組件中的單個第二刀具移置機構的詳細示意圖。
圖7為帶有兩個壓電致動器和放大器的圖6的單個第二刀具移置機構的第二移置機構的示意圖。
圖8為圖6的單個第二刀具移置機構的數字-模擬轉換器和單個開關的示意圖。
圖9為根據本發明一實施例的包括多個第二移置機構和刀具的組件的示意圖。
具體實施例方式
現在對本發明的當前優選實施例進行詳細參考。只要可能，在整個附圖中將使用相同的參考數字來指示相同或相似的部件。
本發明可用于在諸如主表面的工件表面上產生確定的或隨機的結構或特征。
本發明人還意識到需要實施一種能改變工件的表面刀具組件，其中刀具的刀具移置機構是這樣的由于移置機構的每一個，各種移置是彼此同步的。這種同步可以基于同一組控制信號，例如，通常為用于控制一個移置機構而發送的信號。
這種同步允許實現一種加工刀具系統，其中可以在相同的刀具路徑上進行多次行進，其中在每一次行進中刀具的橫向移置位置大致相同。由此，用刀具形成于工件中的特征可以具有很好的精度。刀具例如可以是切削刀具，能在工件中切削溝槽。通常，所提供的移置可以是有角度的、直線的或二者的結合。
與使用一個刀具相比，多個刀具能增加加工速度并降低刀具的消耗。進而，對于每個獨立的刀具來說，因為使用多個刀具來加工工件，所以每個工件的刀具磨損降低。使用多個經同步的刀具經過相同路徑不僅能降低每個刀具的磨損，還能使諸如熱漂移這樣的行進漂移最小化，進行多次行進的一個刀具在大致相同的刀具路徑中都會遇到。
當兩個或更多的刀具被控制為經過大致相同路徑時，這些刀具認為是屬于同一組。一組中的每個刀具都可以一次或多次地連續經過相同的路徑。此外，在組件中也可以具有多個組。
圖1和2顯示了鼓輪工件，顯示了根據本發明一實施例的刀具組件。鼓輪110具有長度L和半徑r。鼓輪110能通過軸支承件130上的軸111、沿角度方向θ(126)繞該鼓輪的軸線112旋轉。一個第二刀具移置機構115、116、117和118可通過線性滑動件113沿z軸線方向的軸線112軸向地移動，該第二刀具放置在由線性滑動件113支承的支架114上。在這種情況下，線性滑動件113、支架114和軸111構成第一移置機構。第二刀具移置機構每一個為每個刀具122、123、124和125提供在徑向方向120和軸向方向119(沿z軸線)上的運動。滑動運動121可以沿z軸線。刀具122、123、124和125由移置機構控制，以遵循某一路徑和路徑131。
圖3和4顯示鼓輪工件，顯示了根據本發明另一實施例的刀具組件，其中相同的參考數字指代相同的部件。圖1和2的實施例顯示了鼓輪軸線為豎直的組件，而圖3和4的實施例顯示了鼓輪軸線為水平的組件。
圖5顯示了鼓輪工件，顯示了根據本發明一實施例的刀具組件，使用螺旋路徑樣式以及兩個刀具組。鼓輪210具有長度L和半徑r。鼓輪210可以沿角度方向213繞其軸線212旋轉并通過第一移置機構(未在圖5中顯示)相對于第二移置機構215、216、217、218、219和220在軸向方向214上移置。屬于第一刀具組的刀具215、216和217沿第一名義螺旋路徑221在鼓輪表面224上移動，以及屬于第二刀具組的刀具218、219和220沿第二名義螺旋路徑222在鼓輪表面224上移動。刀具所遵循的名義路徑并不限于螺旋路徑，但可以是環狀或直線狀，例如，一些其它的路徑。此外，刀具所遵循的實際路徑通常不同于名義路徑。有鑒于此，例如，一個刀具組中的刀具可以被控制為相對于名義路徑橫向移置。
在一些情況下，這些第二刀具移置機構的每一個都可以保持一個切削刀具。此外，每個刀具組中的每個隨后的第二刀具移置機構都可以相對于鼓輪徑向向內偏移。以這種方式，通過每個刀具組中的每個刀具逐漸地從鼓輪表面上去除掉更多的材料。
在其它情況下，這些第二刀具移置機構的每一個都可以保持一個材料沉積刀具。在這種情況下，每個刀具組中的每個隨后的第二刀具移置機構都可以相對于鼓輪徑向向外偏移。以這種方式，通過每個刀具組中的每個刀具逐漸地將更多材料增加到鼓輪表面。
在一些應用中，優選地是，第二移置機構與第一移置機構相比具有較高的頻率響應性能。因為第二移置機構的較高頻率運動與較低頻率運動同步，所以可以用傳統控制信號以更高的速度來形成具有多種等級的表面結構。所形成的微結構可由此具有較大的改變范圍。
圖6為根據本發明一實施例的第二刀具移置機構以及第一移置機構(軸驅動件322和滑動件324)的詳細示意圖，它們用作組件的一部分。為簡便起見，在本例中，在后文的討論中將一個第二刀具移置機構隔離出來。本發明完整實施例中的組件可以包括多個第二刀具移置機構。
組件300包括工件310。工件310可以包括轉動鼓輪，如圖6所示。可替換地，工件支承件可以包括大致平整表面或可以具有一些其它幾何結構。
組件300包括刀具312，用以朝向或遠離工件310的表面移置，且由此朝向并進入任何工件或遠離任何工件。刀具312還可以相對于工件310的表面橫向移置。在工件310為鼓輪的情況下，刀具除了垂直于鼓輪軸線橫向移置之外，還可以沿鼓輪的軸線移置。
組件300具有配置為相對于工件移置刀具312的第一移置機構。第一移置機構響應控制信號相對于工件移置刀具312。從機器控制器319產生的控制信號經過機器接口320，如在工件310為鼓輪的情況下該接口為車床接口。控制信號可以是從機器控制器319的機器編碼器或解算器而來的數字信號，并且例如，可以是對于機器編碼器來說公知的G碼和M碼。控制信號可以是TTL方波脈沖形式或模擬正弦波形式。
例如，第一移置機構可以包括軸驅動件322和滑動件324。軸驅動件322繞其軸線在沿角移置量θ(見圖1顯示的角移置量θ)的第一方向上驅動工件310。滑動件324沿工件310的軸線移置刀具312。基于從機器控制器319而來的控制信號來控制軸驅動件322和滑動件324的運動。第一移置機構可以是CNC車床系統的一部分，例如，由Precitech、Moore Nanotech Systems或Cranefield生產的CNC車床系統。
組件300具有配置為相對于工件來移置刀具312的第二移置機構。該第二移置機構響應從機器接口320而來的控制信號、相對于工件來移置刀具312。控制信號可以是來自用于控制第一移置機構的同一組信號。
第二移置機構在第二組坐標系中相對于工件來移置刀具312。例如，對于工件310為鼓輪的情況來說，第二組坐標系可以包括沿鼓輪軸線的方向(z軸線)，徑向遠離或朝向軸線的方向(y軸線)，和/或垂直于y軸線和z軸線的方向(x軸線)(見圖1)。
優選地，第二移置機構與第一移置機構相比具有較高的頻率響應性。因為第二移置機構的較高頻率運動與較低頻率運動同步，所以可以用傳統控制信號、以更高的速度來形成具有多種等級的表面結構。所形成的微結構可由此具有較大的改變范圍。
第二移置機構可以包括FTS，例如至少一個壓電放大器332和壓電致動器334。該至少一個壓電致動器334可以包括配置為在第一方向上移置切削刀具的第一壓電致動器334a；和配置為在不同于第一方向的第二方向上移置切削刀具的第二壓電致動器334b(見圖7)。例如，第一方向和第二方向可以彼此正交，且可以沿y軸線(進入工件或從工件中出來)和x軸線(沿工件表面，但垂直于鼓輪軸線)。可替換地，這些方向沒必要正交。
組件300還可以包括控制器340，其配置為接收控制信號并使因第一移置機構的切削刀具312的移置與因第二移置機構的切削刀具的移置同步。
控制器340包括電子控制單元342，包括移置確定單元344，數字-模擬轉換單元347，該轉換單元347可以包括多個數字-模擬轉換器346(見圖8)，路徑計算單元348和反饋控制單元350。可替換地，一個或更多的移置確定單元344，數字-模擬轉換單元347，路徑計算單元348和反饋控制單元350可與電子控制單元342分開。電子控制單元342可以是諸如由dSPACE提供的諸如DS1103 PPC控制器板的dSPACE系統，或諸如Innovative Integration制造的ChicoPlus或TORO數字信號處理器(DSP)。本發明并不限于特定的電子控制單元。
控制器340可以選擇性地包括nX信號乘法器/除法器354，如nX編碼器乘法器/除法器，其能接收從機器接口320的機器編碼器而來的位置控制信號，并起到在第二方向上將控制信號的頻率乘以n倍的功能，以及將相乘的頻率控制信號傳遞給移置確定單元344。通常，n為大于或小于1的數。當n大于1時，nX編碼器乘法器/除法器起到增加控制信號頻率的功能，其中所增加的頻率為輸入頻率的n倍。在這種情況下，nX信號乘法器/除法器增加由移置確定單元344處理的第二方向中的點數的分辨率。另一方面，當n小于1時，nX信號乘法器/除法器起到降低控制信號頻率的功能，其中所降低的頻率仍為輸入頻率的n倍。在這種情況下，nX編碼器乘法器/除法器降低由移置確定單元344處理的第二方向中的點數的分辨率。n可以為大于等于2的整數，例如4。然而，n沒必要為整數，且由此nX編碼器乘法器/除法器可以提供分數比例的轉換。
以下為起到nX信號乘法器/除法器354功能的例子。假設nX信號乘法器/除法器354為4X信號乘法器，且位置信號相當于沿鼓輪的θ方向周緣地為5000點。換句話說，對于第一移置機構來說θ方向的分辨率為5000點。nX信號乘法器354用于將位置信號增加為輸入頻率的4倍。這種頻率的增加能例如通過插補將沿鼓輪周旋方向的點數增加至20000點，以由此增加通過移置確定單元344作用的分辨點數，且由此對于第二移置方向來說為20000點。所增加的頻率信號隨后饋送給移置確定單元344，且仍起到觸發至少一個開關360的作用，如以下進一步所討論的。
選擇用于nX信號乘法器/除法器354的n值能提供某種程度的組件300可調性。對于較低的n值，分辨率降低，但由于沿工件的特定路徑有較少的點數需要處理，所以組件300的加工速度增加。另一方面，如果分辨率較高，且由此需要較高的真實度，則可以以加工速度為代價而選擇較大的n值。
控制器340可以可選擇地包括光學接口356，其能提供電隔絕以及接收從機器接口320而來的觸發信號，將觸發信號傳遞給路徑計算單元348。從機器接口320而來的控制信號的觸發信號指示了對第一移置機構的觸發。
路徑計算單元348配置為確定切削刀具312所在的當前路徑。基于從機器接口320而來的控制信號并且特別基于控制信號的觸發信號，路徑計算單元348執行這種功能。在工件支承件310為轉動鼓輪的情況下，路徑相當于要切入工件的環，且路徑計算單元348保持環數的軌跡。
移置確定單元344確定切削刀具在第二組坐標系中的目標移置量，并基于所確定的目標移置量來提供目標移置量數字信號。基于從nX信號乘法器/除法器354而來的相乘的頻率控制信號和從路徑計算單元348確定出的當前路徑，移置確定單元344執行這種確定功能。由此，路徑計算單元348將當前路徑通報給移置確定單元344。例如，如果不需要增加控制信號的頻率，以使得加工速度較高，則移置確定單元344可以接收控制信號而不必增加它們的頻率，且可以省略nX信號乘法器/除法器354。
所增加的頻率控制信號(或如果不需要增加分辨率則僅僅是控制信號)提供關于沿第一移置機構的一個或更多坐標系的位置信息，但帶有增加(或降低)的分辨率。例如，假設工件310為帶有第一移置機構的轉動鼓輪，該第一移置機構提供沿z軸線(旋轉軸線)和θ方向的移置，以及假設加工刀具300包括4X信號乘法器/除法器。還有，假設對于第一移置機構，繞鼓輪的θ方向的點數為5000，且控制信號指示沿θ方向的第1000點(大于從第一點繞鼓輪四分之一的位置)為用于第一移置機構的當前點。4X信號乘法器/除法器354為第一組坐標系的每一個點(用于第一移置機構)提供對應第二組坐標系(用于第二移置機構)中的4個點的增加的頻率信號，且由此在第1000點附近提供4個點。移置確定單元344使用相乘的頻率信號，該信號指示這4個點中的一個和當前路徑(或環)，該4個點指示鼓輪周圍的位置，以及確定對應第二移置機構的第二組坐標系中的刀具目標移置量。
為了顯示，假設當前點相當于當前角度θcur且當前路徑為pcur。還假設第二組坐標系由y2和z2來給定。移置確定單元344可確定第二組坐標系中的目標移置量，如y2＝fy2(θcur，pcur)，且z2＝fz2(θcur，pcur)，其中fy2(θcur，pcur)和fz2(θcur，pcur)為θcur和pcur的函數。換句話說，第二組坐標系中的目標移置量為由控制信號指示的第一組坐標系中移置量的函數。
移置確定單元344基于所確定的目標移置量來提供目標移置量數字信號。多個數字-模擬轉換器346配置為接收從移置確定單元344而來的各個目標移置量數字信號，并將目標移置量數字信號轉換為目標移置量模擬信號。
當從nX信號乘法器/除法器354接收到相乘的頻率控制信號時，移置確定單元344可以通過計算空中移置量來確定目標移置量。在這種情況下，目標移置確定單元344可以包括具有合適軟件或固件的處理器，以計算所需的目標移置量。可替換地，目標移置量可以是預計算的，且目標移置量的預計算值可以從移置確定單元344以外接收。目標移置量可以是預計算并存儲在移置確定單元344以外的存儲器，并在接收相乘的頻率控制信號時傳送到移置確定單元中。
組件300可以可選擇地包括至少一個開關360，該開關360配置為切換由哪一個數字-模擬轉換器346來釋放模擬信號，該模擬信號對應從移置確定單元344接收的一個目標移置量數字信號。例如，該至少一個開關360可以包括門電路。基于控制信號，例如，基于從nX信號乘法器/除法器354而來的相乘的頻率控制信號，該至少一個開關360切換由哪一個數字-模擬轉換器346來釋放一個目標移置量模擬信號。目標移置量模擬信號由濾波器362濾波，并傳遞給壓電放大器332。
組件300還可以包括具有位置傳感器370和傳感器放大器372的傳感器單元371，和反饋控制單元353，該反饋控制單元353包括模擬-數字單元351和反饋控制電路350，以按需要調整目標移置量控制信號。位置傳感器單元371配置為檢測切削刀具312的位置，并將指示切削刀具312的檢測位置的位置信號提供給反饋控制電路353。反饋控制電路353配置為接收位置信號，以及基于該位置信號調整目標移置量數字信號，該位置信號按需要通過傳感器放大器372來放大。模擬-數字單元351包括一個或更多模擬-數字轉換器，以將從傳感器放大器372而來的位置信號轉換為數字信號，并將數字位置信號提供給反饋控制電路350。反饋控制電路350提供反饋信號，以在組合器345處修正目標移置量數字信號。反饋控制有助于補償壓電致動器的壓電材料的磁滯和蠕變效應，并由此加強正確的刀具運動。
圖9為組件700的示意圖，該組件700包括多個第二移置機構730和各自的刀具712。第二移置機構730和各自的刀具712可以配置在Gi組中，如G1、G2和G3組，圖9中顯示了這三個組。當然組的數量可以不是三個，且可以通常為一個或更多。第二移置機構730可以包括類似于圖6所示的致動器334和放大器332的致動器和放大器。組件700包括機器控制器719，如CNC機器控制器。機器控制器719提供如G碼或M碼的控制信號，用于控制第一移置機構(圖9中未示出)，以及用于控制第二移置機構730。
控制信號可以提供給同步比例轉換器754(諸如圖6的nX編碼器乘法器/除法器354)，該轉換器754接收從機器控制器719而來的控制信號，并起到將所接收的控制信號的頻率乘以數字n的功能，其中n為大于或小于1，且將相乘的控制信號傳遞給多個移置確定單元744。每個移置確定單元744可以對應G1、G2和G3組中的一個，如圖9所示。
移置確定單元744，類似于圖6的移置確定單元344，確定第二移置機構730的第二組坐標系中的刀具目標移置量，并基于該目標移置量提供目標移置量信號。例如，如果不需要增加控制信號的頻率，以使得加工速度較高，則移置確定單元744可以接收控制信號而不增加它們的頻率，且同步比例轉換器754可以省略。
移置確定單元744每一個都可以包括波形存儲單元745，其存儲用于目標移置量的波形。該波形對應于第二組坐標系中的目標移置量，該第二組坐標系作為由控制信號指示的第一組坐標系(屬于第一移置機構)的函數。
作為波形存儲單元745的替換，移置確定單元744可以計算空中的目標移置量。每個移置確定單元744將目標移置量信號提供給一個或多個信號偏移單元760，該信號偏移單元760能產生信號的時間偏移，且如有必要，對第二移置機構730產生增益。
每個信號偏移單元760向所接收到的目標移置量信號提供時間偏移和增益，其中偏移和增益適合信號偏移單元760的各個移置機構。信號偏移單元760使用開環或閉環方法還可以補償每個移置機構的頻率響應的差異。具體的偏移通常取決于刀具相對于工件的布置形式，但也可以是這樣的一個刀具組中的所有刀具712在工件上行進大致相同的路徑。在一個刀具組中存在多于一個第二移置機構730的情況下，針對一個刀具組中每個信號提供給第二移置機構的控制信號，除了時間偏移不同之外實質上都是相同的。
作為一例，工件可以是鼓輪，每個刀具組中帶有四個刀具712和移置機構730，每個刀具組中的四個刀具繞鼓輪依次偏移90°地連續設置(見圖2)。在這種情況下，時間偏移應是這樣一個刀具組中的第一刀具和經過第一刀具所經過路徑的第二刀具之間時間偏移的差等于鼓輪旋轉90°所花費的時間。逐漸地，要經過該路徑的第三刀具和第四刀具分別也在時間上從第一刀具偏移鼓輪旋轉180°和270°所花費的時間。以這種方式，一個刀具組中每個刀具所經過的路徑大致相同。
信號偏移單元760還可以向目標移置量信號提供合適的增益。如有必要，所提供的增益可以因一個刀具組中的每個刀具而不同，以計算刀具712的任何不同響應。
機器控制器719、同步比例轉換器754、移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760都可以是同一控制器的一部分，或可以分成不同的部件。例如，如果使用諸如Toro DSP這樣的DSP控制器，則移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760的功能可以并入單個控制器中。作為另一替換例，移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760的功能可以通過單個部件來執行，如Edirol公司提供的Edirol FA-101音頻捕獲接口，該部件以諸如Twelve Note System公司提供的SONAR軟件這樣的適當軟件來控制。在這種情況下，可以使用外部同步比例轉換器和機器控制器。如果采用諸如由Delta Tau Data System提供的PMAC(可編程多軸控制器)PC/104，或由Galil Motion Control提供的PC-104運動控制器這樣的運動控制器，則控制器719、同步比例轉換器754、移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760所有機器的功能都可以通過控制器來執行。
通常，如可以看到的，機器控制器719、同步比例轉換器754、移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760的功能可以通過各種硬件和軟件的結合來實現。進而，通常，在個組件之間傳遞的信號可以是模擬信號或數字信號，或模擬信號與數字信號的結合。
進而，波形存儲單元745不必是分離的存儲單元，而可以是單個存儲單元。
組件700還可以包括位置傳感器和具有反饋控制電路(圖9中未示出)的反饋控制單元，功能類似于圖6所示的位置傳感器單元371、反饋控制單元353和反饋控制電路350。反饋控制電路可以是控制器的一部分，該控制器包括了移置確定單元744、波形存儲單元745和信號偏移單元760的功能。可替換地，例如，反饋控制單元可以是機器控制器719的一部分。
組件中使用的一個刀具可以是硬質刀具，如一個晶體金剛石或金剛石涂層刀具、激光刻刀、放電刀具、高速銑削刀具、飛刀切削刀具、材料沉積刀具或任何其它刀具或刀具的組合。這包括那些能通過燒蝕、燒結、相變改變基底的刀具，或那些用壓電元件將墨水或其它材料施加于基底上的刀具。
名義刀具路徑可以是直線的、圓形的或環形的，或螺旋形或任何其它刀具路徑。可以使用的名義路徑變化形式包括隨機變化形式或確定變化形式或二者的任何結合。這些變化形式可以用于第一移置機構、第二移置機構或二者的任何結合。進而，當上述許多實施例顯示了刀具組，以使得每個刀具組中存在多于一個的刀具，這些刀具可以組合成僅具有一個刀具的一個或多個組。
本發明能用于多種不同的應用。例如，可以在包括擴散器、太陽能電池板、反射器、亮度增強薄膜和熱量/質量轉換控制表面這些應用情況進行微結構的加工。例如，對于薄膜太陽能電池應用，可以形成微加工的(通過機加工)TCO/玻璃/金屬基底，其能提供光捕獲。也可以形成角度選擇鏡面反射器。
特定的第一組坐標系和第二組坐標系取決于特定的應用。所形成的結構可以具有幅度、相位、周期和頻率中的一個或更多方面的變化。
在本發明的實施例中，因為如FTS的第二移置機構的高頻運動與低頻運動同步，所以可以以高速、用傳統控制信號來形成具有多種比例的表面結構。所形成的微結構具有較大的變化范圍。以多次可重復操作來加工這些結構能產生優越的表面拋光。
盡管已經參考本發明的實施例對本發明進行了詳細描述，但本領域技術人員應理解，在不脫離本發明精神和范圍內可作各種改變和修改。由此，本發明的寬度和范圍并不限于上述示例性實施例，而應由所附權利要求及其等同形式來限定。
權利要求
1.一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括多個刀具，配置為改變工件的表面；至少一個第一移置機構，配置為響應至少一個控制信號、相對于工件在一坐標系中移置所述多個刀具；多個第二移置機構，由所述第一移置機構支承，所述第二移置機構配置為響應至少一個控制信號對所述多個刀具的每一個提供相對于工件的獨立的移置。
2.如權利要求1所述的組件，其中所述第二移置機構與所述第一移置機構相比具有較高的頻率響應性。
3.如權利要求1所述的組件，其中所述第二移置機構配置在一個或更多組中。
4.如權利要求3所述的組件，其中所述第二移置機構被提供至少一個控制信號，該被提供給每個第二移置機構的控制信號類似于該組中其它第二移置機構的信號；且每個控制信號在時間上有偏移，以使得對于所述組中的每個第二移置機構來說，作為工件位置函數的控制信號是類似的。
5.如權利要求1所述的組件，其中每個第二移置機構包括致動器，所述致動器包括壓電致動器或音圈。
6.如權利要求1所述的組件，其中所述第一移置機構配置為響應控制信號在第一方向和第二方向上移置第二移置機構，以便限定沿工件的一些分離路徑。
7.如權利要求6所述的組件，其中工件包括圓柱形鼓輪，所述第一方向為繞該鼓輪的軸線的角度移置量θ，而所述第二方向沿鼓輪的軸線。
8.如權利要求6所述的組件，其中工件包括大致平面，且所述第一方向和所述第二方向大致彼此正交。
9.如權利要求6所述的組件，其中所述分離路徑的至少一個為環形。
10.如權利要求6所述的組件，其中所述分離路徑的至少一個為螺旋路徑。
11.如權利要求1所述的組件，進一步包括傳感器單元，配置為檢測所述第二移置機構中的至少一個的位置，所述傳感器單元將指示所述第二移置機構檢測位置的位置信號提供給控制器，其中所述控制器包括反饋控制電路，配置為接收從所述傳感器單元而來的位置信號，且響應該位置信號，所述控制器調整多個控制信號中的至少一個。
12.如權利要求11所述的組件，其中所述反饋單元包括模擬-數字轉換器單元，配置為接收從所述傳感器單元而來的位置信號，并將該位置信號轉換為數字位置信號；和反饋控制器電路，配置為接收所述數字位置信號，并基于所述數字位置信號來調整多個控制信號中的至少一個。
13.如權利要求1所述的組件，其中多個控制信號中的至少一個通過隨機或偽隨機函數來定義。
14.如權利要求1所述的組件，其中多個刀具中的至少一個為切削刀具。
15.如權利要求14所述的組件，進一步包括用于相對于工件在第一組坐標系中移置切削刀具的裝置，其中切削刀具在第一方向和第二方向上被移置，以便限定沿工件的一些分離路徑。
16.如權利要求9所述的組件，進一步包括用于相對于工件移置所述第二移置機構的裝置，其中所述裝置包括用于在每個分離路徑上實現至少兩次經過的裝置，在特定路徑上的每次經過都大致與所述第二移置機構的移置相同。
17.一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括多個刀具，配置為改變工件的表面；多個移置機構，每個移置機構配置為，響應至少一個控制信號沿工件上的大致相同的路徑移置所述刀具的其中一個相應刀具。
18.如權利要求17所述的組件，其中提供給每個移置機構的控制信號彼此類似，且彼此在時間上有偏移。
19.如權利要求17所述的組件，其中所述多個移置機構配置為支承刀具，該刀具徑向地繞圓柱形工件、沿圓柱形工件大致相同的軸線位置布置。
20.如權利要求17所述的組件，其中所述多個移置機構的每一個都具有第一移置機構和第二移置機構，該第一移置機構配置為響應控制信號提供第一移置量，而該第二移置機構配置為響應控制信號提供第二移置量，其中所述第一移置機構支承所述第二移置機構。
21.如權利要求17所述的組件，其中所述第二移置機構通過相同的第一移置機構來支承。
22.如權利要求21所述的組件，其中所述第二移置機構配置為支承刀具，該刀具徑向地繞圓柱形工件、沿圓柱形工件大致相同的軸線位置布置。
23.如權利要求17所述的組件，其中每個刀具包括至少一個切削刀具或材料沉積刀具。
24.如權利要求23所述的組件，其中每個刀具包括晶體金剛石刀具、金剛石涂層刀具、激光刻刀、高速銑削刀具、飛刀切削刀具或放電刀具中的至少一個。
25.如權利要求23所述的組件，其中每個刀具包括切削刀具，且所述移置機構配置為，響應至少一個控制信號、沿大致相同的路徑逐漸深入地將刀具移置到工件中。
26.如權利要求23所述的組件，其中每個刀具包括材料沉積刀具，且所述移置機構配置為，響應至少一個控制信號、沿大致相同的路徑逐漸遠離地將刀具移開工件。
27.一種用于改變工件表面的組件，所述組件響應多個控制信號，所述組件包括第一刀具組，配置為改變工件的表面；第二刀具組，配置為改變工件的表面；第一移置機構組，該第一組的每個移置機構配置為響應至少一個控制信號、沿工件上的大致相同的第一路徑移置第一刀具組的其中一個相應的刀具；和第二移置機構組，該第二組的每個移置機構配置為響應至少一個控制信號、沿工件上的大致相同的第二路徑移置第二刀具組的其中一個相應的刀具。
28.如權利要求27所述的組件，其中提供給移置機構組中的每個移置機構的控制信號彼此類似，且彼此在時間上有偏移。
29.如權利要求27所述的組件，其中所述第一移置機構組配置為支承第一刀具組，該第一刀具組徑向地繞圓柱形工件、沿圓柱形工件大致相同的第一軸線位置布置，且所述第二移置機構組配置為支承第二刀具組，該第二刀具組徑向地繞圓柱形工件、沿圓柱形工件大致相同的第二軸線位置布置，其中所述第一軸線位置與第二軸線位置不同。
30.如權利要求27所述的組件，其中每個第一移置機構組包括第一移置機構，配置為響應控制信號提供第一移置量，和第二移置機構，配置為響應控制信號提供第二移置量，其中第一移置機構支承第二移置機構，且第二移置機構由相同的第一移置機構來支承。
31.如權利要求30所述的組件，其中所述第二移置機構配置為支承第一刀具組，該第一刀具組徑向地繞圓柱形工件、沿圓柱形工件大致相同的軸線位置布置。
全文摘要
本發明提供一種用于改變工件表面的組件，該組件響應多個控制信號。該組件包括多個刀具和多個移置機構。多個刀具配置為改變工件的表面。多個移置機構的每一個都配置成響應至少一個控制信號、沿工件上的大致相同的路徑移置刀具中的其中一個相應的刀具。
文檔編號B23B3/00GK101056739SQ200580039105
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月19日 優先權日2004年9月29日
發明者尤金·G·奧爾克扎克 申請人:通用電氣公司