正負極分別與壓電片7-1的正負極相連接。
[0044]如圖8所示，擱物臺8由剛性材料制成，擱物臺8底部中心設有與所述定位槽6-6配合的定位塊8-1，定位塊8-1的形狀、大小、高度與定位槽6-6相同。
[0045]如圖9所示，微刀9形狀為圓錐形或多邊形棱錐，且由剛性材料構成，微刀9刀尖部內含有配重塊，當微刀9懸浮時可以保證刀尖始終朝下。微刀的總體尺寸在Ium?Imm之間，微刀刀尖尺寸在Inm?1um之間。
[0046]壓電片7-1所采用的驅動信號是球諧函數信號。采用矩形的目的是為了充分發揮球諧函數的作用，使合成的聲場具有高單一性與強約束力，能夠強有力地夾持微刀。
[0047]優選的壓電片7-1為長寬不等的矩形壓電片，優選的定位槽6-6為矩形槽。定位槽6-6和定位塊8-1之所以采用長寬不等的矩形是為了確保擱物臺8不會在加工模塊I內運動。
[0048]換能器7通過其卡板7-3與驅動座6上燕尾槽6_3的結合傾斜安置在安裝槽6_1內，擱物臺8通過定位塊8-1與定位槽6-6的結合放置在擱物槽6-4中，微刀9通過微鑷放置于擱物臺8上。
[0049]通過將卡板7-3插入到燕尾槽6-3實現將壓電片7_1固定在安裝槽6_1里面，促使壓電片7-1的底面與安裝槽6-1的底面緊密接觸，確保所有換能器的中心高度相一致。從而也使得壓電片電極7-2的正負極與驅動座電極片6-2的正負極通過卡板7-3插入到燕尾槽6-3實現緊密接觸，可以將通訊口傳來的驅動信號通過電極片的結合傳遞給壓電片，使得壓電片在加工模塊I內產生聲場。
[0050]本實用新型的具體實施過程如下:
[0051]—、在擱物臺任意位置上貼放薄層材料作為被加工物體，但保證被加工物體的輪廓不超出擱物臺范圍，并將擱物臺放入驅動座的擱物槽里面；
[0052]二、往驅動座里面注入耦合液體或水溶液或其它具有聲傳播特性的溶液；
[0053]三、通過高速攝像機采集擱物臺上被加工物體相對于擱物臺的位置及被加工物體的形狀信息，圖像采集卡進行去噪、濾波之后將該圖像上傳至工控機；
[0054]四、工控機提取出擱物臺的輪廓與被加工物體輪廓的相對位置關系，并將被加工物體的輪廓顯示在工控機上，該輪廓作為用戶自定義加工軌跡的有效范圍；
[0055]五、用戶在工控機顯示的被加工物體輪廓線里面自由繪制或導入需要加工的軌跡，并制定所需要加工的深度與單次進給量；
[0056]六、工控機等待用戶繪制完畢后，獲取該軌跡信息，并將該軌跡的上所有像素點相對于輪廓的坐標提取出來；
[0057]七、根據步驟四結合步驟六，工控機可以獲得該軌跡相對于擱物臺輪廓的坐標，即工控機獲取了將被刻畫在被加工物體上的實際軌跡離散點的坐標；
[0058]八、工控機根據預先編制在其里面的軟件，根據步驟七計算出來的每一個點的坐標值，自動算出針對每一個離散點所需要加在各個換能器上的球諧函數的階數與相位信息，根據用戶提供的加工總深度與進給量，自動計算出所需要加工的次數與針對每次加工所需要加在各個換能器上的球諧函數的幅值信息；
[0059]九、用微鑷吸取微刀，并將其放置在擱物臺上，并在工控機上用圓形軌跡圈住微刀，即標記微刀的位置；
[0060]十、工控機識別微刀的位置，根據微刀的位置按照預先編制在其里面的軟件自動算出所需要加在各個換能器上的球諧函數的階數、相位、幅值信息；
[0061]十一、用戶按下開始加工，工控機首先下發控制微刀的球諧函數信號參數，該球諧函數信號通過功率放大器將信號峰峰值控制在70V左右，并將其發送到通訊口，使其加載到連接到通訊口的每一個換能器上，換能器受球諧函數信號激發后將在微刀位置處形成一個強有力的聲壓節點，微刀在聲壓力的作用下被束縛在在節點里面，同時由于換能器的傾斜微刀將受到一個垂直方向的力，此時該力方向向上，使微刀從擱物臺表面提起；
[0062]十二、工控機根據微刀的坐標與所繪制軌跡的左上角第一個離散點坐標，自動繪制最短軌跡，并快速地調整每個換能器的上球諧函數信號的參數，使微刀快速移動到第一個離散點坐標處，并控制微刀下降到被加工物體表面處；
[0063]十三、工控機自動載入步驟八所計算的單次加工進給量所對應的幅值信息，并根據軌跡形狀依次載入步驟八計算出來的每一個離散點所需要加在各個換能器上的球諧函數的階數與相位信息；
[0064]十四、當單次進給加工完成之后，微刀回到左上角第一個離散點位置處，重復步驟十三，直到完成給定的加工次數；
[0065]十五、加工完成之后用微鑷吸取微刀，以便下次加工，同時放掉驅動座里面的耦合溶液，最后移出擱物臺，取下被加工物體。
[0066]本實用新型的工作原理如下:
[0067]相同頻率的多束聲波將在空間形成駐波，駐波場通常都存在聲壓節點與腹點，剛性物體在聲壓力的作用下將俘獲在聲壓節點上。普通駐波場里面包還有多個節點，因此一個物體俘獲在哪一個節點里面具有隨機性，沒法像光鑷一樣具有選擇性操縱。本實用新型采用球諧函數作為驅動信號，通過調整每一路換能器所加球諧函數的階數與相位可以實現在整個聲場只實現一個聲壓節點，剛性物體在聲壓力的作用下將被俘獲在聲壓節點里面，因此可以像光鑷一樣對物體進行選擇性拾取。
[0068]本實用新型中換能器的前端面與驅動座底面成a角度，此時可以將換能器發射的斜入射聲波可以分為水平方向與垂直方向。在球諧函數合成的單一節點處，微刀將會受到水平約束力與垂直方向兩個力共同作用。在水平方向的約束力作用下微刀被牢牢束縛在聲壓節點，當聲壓節點位置改變時，微刀在聲壓力的作用下會隨著聲壓節點移動，始終保證其處于聲壓節點里面。水平方向的聲壓節點位置只與球諧函數的階數和相位有關，球諧函數的幅值信息只會影響水平方向的約束力不會影響聲壓節點的位置，但采用球諧函數作為陣列型換能器的驅動信號已經足以保證水平約束力了，因此通過適當地調整球諧函數的階數、相位這兩個參數就可以實現微刀在水平方向的運動。而微刀在垂直方向的聲壓力只與各個換能器所加的球諧函數的幅值有關，通過調節各個換能器所加的球諧函數的幅值精確控制微刀在垂直方向上的力，結合被加工材料的力學特性就可以確定在該垂直力下作用所對應的切削深度，從而實現微加工的縱向進給。
[0069]綜上所述，通過調整好各個換能器所加的球諧函數的幅值參數保證微刀在微加工上的單次進給量，再根據用戶自定義的軌跡形狀依次載入所計算出來的每一個離散點所需要加在各個換能器上的球諧函數的階數、相位信息就可以實現單次的加工，重復上述過程就可以實現整個微加工過程。
[0070]由此，本實用新型的裝置具有加工精度高、結構簡單、易操作、易實現自動化個性微加工等優勢和顯著技術效果。
【主權項】
1.一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，包括功率放大器(2)、高速攝像機(3)、圖像采集卡(4)和工控機(5 )，功率放大器(2 )通過數據線與工控機(5 )相連接，高速攝像機(3 )通過數據線與圖像采集卡(4)相連接，圖像采集卡(4)通過PXI總線與工控機(5)相連接，其特征在于: 還包括加工模塊(I)，加工模塊(I)通過通訊口( 6-5 )經數據線與功率放大器(2 )相連接；加工模塊(I)包括驅動座(6)、換能器(7)、擱物臺(8)和用于與換能器(7)配合實現加工的微刀(9)，驅動座(6)中心盲孔的內邊緣沿圓周一圈間隔均布裝有換能器(7)，換能器(7 )均向驅動座(6 )中心傾斜安裝，驅動座(6 )中心放置有用于放置加工工件的擱物臺(8 )。2.根據權利要求1所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的驅動座(6)中心盲孔的內側壁間隔均布開有用于安裝換能器(7)的安裝槽(6-1)，安裝槽(6-1)側壁的中間設有用于換能器(7)背部開合嵌入的燕尾槽(6-3)，燕尾槽(6-3)兩側的安裝槽(6-1)側壁設有驅動座電極片(6-2)，驅動座電極片(6-2)分為正負極；驅動座(6)盲孔底部中心設有用于安裝擱物臺(8)的擱物槽(6-4)，擱物槽(6-4)底部開有與擱物臺(8)相配合定位的定位槽(6-6 )，驅動座(6 )外側壁設有通訊口( 6-5 )，各個安裝槽(6-1)的驅動座電極片(6-2 )經驅動座(6 )管線連接到通訊口( 6-5 )輸出。3.根據權利要求1所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的圓周一圈的安裝槽(6-1)均向驅動座(6)中心傾斜，傾斜角度相同。4.根據權利要求2所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的換能器(7)包括壓電片(7-1)和安裝在壓電片(7-1)背部中間的燕尾形卡板(7-3)，卡板(7-3)嵌入所述驅動座(6)的燕尾槽(6-3)中定位，卡板(7-3)兩側的壓電片(7-1)背部為壓電片電極(7-2 )，壓電片電極(7-2 )與驅動座電極片(6-2 )配合接觸，壓電片電極(7-2 )的正負極分別與壓電片(7-1)的正負極相連接。5.根據權利要求2所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的擱物臺(8)由剛性材料制成，擱物臺(8)底部中心設有與所述定位槽(6-6)配合的定位塊(8-l)06.根據權利要求1所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的微刀(9)形狀為圓錐形或多邊形棱錐，且由剛性材料構成，微刀(9)刀尖部內含有配重塊。7.根據權利要求4所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的壓電片(7-1)所采用的驅動信號是球諧函數信號。8.根據權利要求4所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的壓電片(7-1)為長寬不等的矩形壓電片。9.根據權利要求2所述的一種基于聲壓力的自動化微加工裝置，其特征在于:所述的定位槽(6-6 )為矩形槽。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于聲壓力的自動化微加工裝置。包括功率放大器、高速攝像機、圖像采集卡、工控機和加工模塊，加工模塊包括驅動座、換能器、擱物臺和用于與換能器配合實現加工的微刀，微刀通過微鑷放置于擱物臺上，驅動座中心盲孔的內邊緣沿圓周一圈間隔均布裝有換能器，換能器均向驅動座中心傾斜安裝，驅動座中心放置有用于放置加工工件的擱物臺；微刀依次載入每一個離散點的位置運動，實現在水平方向及縱向進給方向的運動，完成加工。本實用新型的裝置具有加工精度高、結構簡單、易操作、易實現自動化個性微加工等優勢。
【IPC分類】B23D79/00, B23Q17/24, B23Q15/12
【公開號】CN204843152
【申請號】CN201520545798
【發明人】鄧雙, 楊克己, 吳海騰, 武二永, 范宗尉, 孟堅鑫
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月24日