本發(fā)明涉及光場(chǎng)微透鏡加工，特別是涉及一種光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、光場(chǎng)成像技術(shù)的發(fā)展為顯微成像提供了新的思路，通過(guò)對(duì)二者進(jìn)行結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀物體的三維信息和光學(xué)信息的獲取。光場(chǎng)微透鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級(jí)的透鏡組成的陣列，其單元尺寸小、集成度高。可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)透鏡應(yīng)用在各種輕量化、小型化的系統(tǒng)之中，起到傳統(tǒng)光學(xué)無(wú)法獲得的效果。光場(chǎng)微透鏡列陣包括四邊形微透鏡列陣，矩形微透列陣，六邊形微透列陣，圓形微透鏡列陣，柱透鏡列陣還有隨機(jī)微透鏡列陣等。這些任意排布的，不同類(lèi)型的，不同口徑，不同深度的都是能加工設(shè)計(jì)的，材料的選擇為可見(jiàn)光通常選擇石英材料，紅外波段選擇硅和鍺。

2、微透鏡列陣在航空航天，工業(yè)檢測(cè)，激光加工等領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用?？梢赃\(yùn)用到哈特曼傳感器，微透鏡在其中主要起到波面分割的作用。并且對(duì)入射波前進(jìn)行聚焦，利用焦點(diǎn)的位置信息，可以反推獲得入射波前的信息，從而在天文觀測(cè)以及工業(yè)檢測(cè)中，起到像差矯正的作用，進(jìn)一步提高觀測(cè)檢測(cè)精度。

3、在光場(chǎng)微透鏡陣列的加工過(guò)程中，由于玻璃基板尺寸偏大，加工效率較低。為了提高光場(chǎng)微透鏡陣列的加工效率，通常采取多軸同時(shí)加工的方式。光場(chǎng)微透鏡陣列的尺寸通常為1~10μm，因此其尺寸非常小，精度較高，對(duì)玻璃基板尺寸精度和位置精度要求非常高，每塊玻璃基板在加工過(guò)程中均存在一定的微小誤差，無(wú)法保證絕對(duì)的重復(fù)一致性，所以每塊玻璃基板在加工微透鏡前，需要對(duì)玻璃基板進(jìn)行掃描，多軸加工裝置結(jié)合掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證光場(chǎng)微透鏡的加工精度。

4、中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)上公開(kāi)了“一種微透鏡陣列兩軸聯(lián)動(dòng)加工方法”，其公告號(hào)為cn112935849a，該方法通過(guò)在機(jī)床主軸上安裝x向和y向精密位移平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工件相對(duì)機(jī)床主軸的精密位移進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)微透鏡陣列的兩軸聯(lián)動(dòng)超精密車(chē)削加工。解決傳統(tǒng)慢刀伺服車(chē)削加工存在的刀具后角的限制、加工路徑優(yōu)化問(wèn)題以及加工效率低等問(wèn)題，超精密銳削需要x軸、z?軸、c軸和一個(gè)高精銳削軸，加工成本過(guò)高等問(wèn)題?？梢愿咝?shí)現(xiàn)大深徑比微透鏡陣列的超精密車(chē)削加工。但是，產(chǎn)品在傳輸和吸附過(guò)程中，產(chǎn)品容易產(chǎn)生較大位置偏差，且該方法只能實(shí)現(xiàn)兩軸加工，微透鏡陣列加工精度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多軸加工，如果產(chǎn)品位置和角度偏差較大，容易超出視野范圍，導(dǎo)致標(biāo)定失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置及方法，用于解決現(xiàn)有光場(chǎng)微透鏡陣列的加工精度低，無(wú)法保證產(chǎn)品一致性的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置，包括：

3、視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)，用于對(duì)基板的加工位置進(jìn)行位置標(biāo)定和角度標(biāo)定；

4、高度位移系統(tǒng)，用于測(cè)量基板的加工點(diǎn)位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過(guò)程中進(jìn)行高度方向的自動(dòng)調(diào)整以及實(shí)時(shí)高頻補(bǔ)償；

5、陣列加工機(jī)構(gòu)，用于在基板表面打印出微透鏡陣列；

6、自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)和高度位移系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板的相對(duì)位置。

7、優(yōu)選地，所述高度位移系統(tǒng)采用高度位移傳感器。

8、為了提高加工精度，保證產(chǎn)品的一致性，本技術(shù)創(chuàng)造性地采用上述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，在加工之前，先通過(guò)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)基板的加工位置進(jìn)行位置標(biāo)定和角度標(biāo)定，確?；逦恢玫姆胖脺?zhǔn)確性，避免搬運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生位置的偏差；采用高度位移系統(tǒng)測(cè)量基板的加工點(diǎn)位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過(guò)程中進(jìn)行高度方向的自動(dòng)調(diào)整以及實(shí)時(shí)高頻補(bǔ)償，具體可以通過(guò)高度位移傳感器測(cè)量基板多點(diǎn)位置。在光場(chǎng)微透鏡陣列的加工過(guò)程中，為了提高光場(chǎng)微透鏡陣列的加工效率，通常采取多軸同時(shí)加工的方式。光場(chǎng)微透鏡陣列的尺寸通常為1~10μm，因此其尺寸非常小，精度較高，對(duì)玻璃基板尺寸精度和位置精度要求非常高，每塊玻璃基板在加工過(guò)程中均存在一定的微小誤差，無(wú)法保證絕對(duì)的重復(fù)一致性，所以每塊玻璃基板在加工微透鏡前，需要對(duì)玻璃基板進(jìn)行掃描，多軸加工裝置結(jié)合掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證光場(chǎng)微透鏡的加工精度。為了確保加工精度，本技術(shù)采用自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)和高度位移系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)行位置調(diào)整。

9、優(yōu)選地，所述陣列加工機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)間隔設(shè)置的打印單元，每個(gè)打印單元獨(dú)立供料和供氣，提高打印的可控性，可以確保打印精度。

10、優(yōu)選地，每個(gè)打印單元設(shè)有視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元，所述視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元用于實(shí)時(shí)觀測(cè)打印單元的加工狀態(tài)，并調(diào)整打印單元的位置。

11、通過(guò)視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元可以實(shí)時(shí)觀測(cè)打印單元的加工狀態(tài)，并調(diào)整打印單元的位置，確保每個(gè)打印單元的打印精度，從而提高光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

12、優(yōu)選地，所述打印單元包括打印閥、供料料筒、供氣系統(tǒng)以及液位傳感器，所述液位傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)打印閥的出料狀態(tài)及供料料筒的液位。

13、每個(gè)打印單元配置獨(dú)立的打印閥、供料料筒、供氣系統(tǒng)以及液位傳感器，通過(guò)液位傳感器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)打印閥的出料狀態(tài)及供料料筒的液位，保證每個(gè)打印單元的打印狀態(tài)順暢，當(dāng)單個(gè)打印單元發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，提高產(chǎn)品加工效率和合格率，提高產(chǎn)品的一致性。

14、優(yōu)選地，所述視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元包括視覺(jué)觀測(cè)模組、自動(dòng)移動(dòng)模組和第一輔助光源，所述視覺(jué)觀測(cè)模組用于實(shí)時(shí)觀測(cè)打印單元的加工狀態(tài)，所述自動(dòng)移動(dòng)模組用于調(diào)整打印單元的位置，所述第一輔助光源用于為視覺(jué)觀測(cè)模組提供補(bǔ)償光。

15、在本技術(shù)的上述技術(shù)方案中，通過(guò)視覺(jué)觀測(cè)模組和自動(dòng)移動(dòng)模組相結(jié)合的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與設(shè)備整體兼容性好，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)打印單元的加工狀態(tài)，并調(diào)整打印單元的位置的功能，確保每個(gè)打印單元的打印精度，從而提高光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

16、優(yōu)選地，所述視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)包括第一視覺(jué)標(biāo)定單元和第二視覺(jué)標(biāo)定單元，所述第一視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍大于所述第二視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍；所述第一視覺(jué)標(biāo)定單元用于粗標(biāo)定；所述第二視覺(jué)標(biāo)定單元用于精密標(biāo)定。

17、更優(yōu)選地，所述第一視覺(jué)標(biāo)定單元包括第一視覺(jué)相機(jī)和第二輔助光源，所述第二輔助光源用于為第一視覺(jué)相機(jī)提供補(bǔ)償光。

18、更優(yōu)選地，所述第二視覺(jué)標(biāo)定單元包括第二視覺(jué)相機(jī)和第三輔助光源，所述第二輔助光源用于為第二視覺(jué)相機(jī)提供補(bǔ)償光；所述第二視覺(jué)標(biāo)定單元包括第二視覺(jué)相機(jī)和第三輔助光源，所述第三輔助光源用于為視覺(jué)相機(jī)提供補(bǔ)償光。

19、由于基板在傳輸和吸附過(guò)程中，容易產(chǎn)生較大位置偏差，如果只采用第二視覺(jué)標(biāo)定單元，由于第二視覺(jué)標(biāo)定單元的精度較高，視野非常小，一旦基板位置和角度偏差較大，容易超出第二視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍，導(dǎo)致標(biāo)定失敗。為了解決上述問(wèn)題，本技術(shù)創(chuàng)造性地先采用視野較大的第一視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行粗標(biāo)定，然后通過(guò)視野較小的第二視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行精密標(biāo)定，逐步確認(rèn)范圍，確保標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確度，為后續(xù)的加工精度提供給了前期的保障。

20、優(yōu)選地，所述高度位移系統(tǒng)設(shè)有輔助固定夾具，所述高度位移系統(tǒng)通過(guò)輔助固定夾具固定于視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)的側(cè)下方。高度位移系統(tǒng)與視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)配合使用，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，為自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)反饋。

21、優(yōu)選地，所述自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括x軸移動(dòng)模組、y軸移動(dòng)模組、z軸移動(dòng)模組，所述x軸移動(dòng)模組用于調(diào)節(jié)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在x軸方向的相對(duì)位置；所述y軸移動(dòng)模組用于調(diào)節(jié)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在y軸方向的相對(duì)位置；所述z軸移動(dòng)模組用于調(diào)節(jié)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在z軸方向的相對(duì)位置。

22、優(yōu)選地，所述自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括位移傳感器，所述位移傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對(duì)位置。

23、更優(yōu)選地，所述位移傳感器采用高分辨率光柵尺。

24、在本技術(shù)的上述技術(shù)方案中，通過(guò)x軸移動(dòng)模組、y軸移動(dòng)模組、z軸移動(dòng)模組實(shí)現(xiàn)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對(duì)位置的自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效率高，避免陣列加工機(jī)構(gòu)與基板的位置發(fā)生偏差，提高光場(chǎng)微透鏡陣列的加工精度。

25、本技術(shù)還提供了一種光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工方法，采用上述光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置，包括以下步驟：

26、s1：將基板放置于吸附載具上，并移動(dòng)至視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)的下方，采用視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)基板的加工位置進(jìn)行位置標(biāo)定和角度標(biāo)定；確?；逦恢玫姆胖脺?zhǔn)確性，避免搬運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生位置的偏差；

27、s2：采用高度位移系統(tǒng)測(cè)量基板的加工點(diǎn)位，生成高度路徑；具體可以通過(guò)高度位移傳感器測(cè)量基板多點(diǎn)位置；

28、s3：采用陣列加工機(jī)構(gòu)在基板表面打印出微透鏡陣列；

29、在微透鏡陣列的加工過(guò)程中，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)和高度位移系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板的相對(duì)位置，保證陣列加工機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)適應(yīng)加工區(qū)域的位置、角度和高度的偏差，并結(jié)合高度位移系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)做高度方向高頻補(bǔ)償，保證微透鏡陣列的高度尺寸一致。

30、優(yōu)選地，所述視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)包括第一視覺(jué)標(biāo)定單元和第二視覺(jué)標(biāo)定單元，所述第一視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍大于所述第二視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍；步驟s1中，先采用第一視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行粗標(biāo)定，然后通過(guò)第二視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行精密標(biāo)定。

31、由于基板在傳輸和吸附過(guò)程中，容易產(chǎn)生較大位置偏差，如果只采用第二視覺(jué)標(biāo)定單元，由于第二視覺(jué)標(biāo)定單元的精度較高，視野非常小，一旦基板位置和角度偏差較大，容易超出第二視覺(jué)標(biāo)定單元的視野范圍，導(dǎo)致標(biāo)定失敗。為了解決上述問(wèn)題，本技術(shù)創(chuàng)造性地先采用視野較大的第一視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行粗標(biāo)定，然后通過(guò)第二視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行精密標(biāo)定，逐步確認(rèn)范圍，確保標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確度，為后續(xù)的加工精度提供給了前期的保障。

32、優(yōu)選地，所述陣列加工機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)間隔設(shè)置的打印單元，每個(gè)打印單元設(shè)有視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元；步驟s3中，采用視覺(jué)觀測(cè)及調(diào)節(jié)單元實(shí)時(shí)觀測(cè)打印單元的加工狀態(tài)，并調(diào)整打印單元的位置，確保每個(gè)打印單元的打印精度，從而提高光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置整體的加工精密度。

33、如上所述，本發(fā)明的光場(chǎng)微透鏡陣列多軸加工裝置及方法，具有以下有益效果：

34、（1）通過(guò)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)基板的加工位置進(jìn)行位置標(biāo)定和角度標(biāo)定，確?；逦恢玫姆胖脺?zhǔn)確性，避免搬運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生位置的偏差；采用高度位移系統(tǒng)測(cè)量基板的加工點(diǎn)位，生成高度路徑，在微透鏡陣列的加工過(guò)程中進(jìn)行高度方向的自動(dòng)調(diào)整以及實(shí)時(shí)高頻補(bǔ)償；采用自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)和高度位移系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)行位置調(diào)整，確保加工精度；

35、（2）視覺(jué)標(biāo)定系統(tǒng)先采用視野較大的第一視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行粗標(biāo)定，然后通過(guò)視野較小的第二視覺(jué)標(biāo)定單元進(jìn)行精密標(biāo)定，逐步確認(rèn)范圍，確保標(biāo)定的效率和準(zhǔn)確度，為后續(xù)的加工精度提供給了前期的保障；

36、（3）通過(guò)x軸移動(dòng)模組、y軸移動(dòng)模組、z軸移動(dòng)模組實(shí)現(xiàn)陣列加工機(jī)構(gòu)與基板在x軸方向、y軸方向和z軸方向的相對(duì)位置的自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效率高，避免陣列加工機(jī)構(gòu)與基板的位置發(fā)生偏差，提高光場(chǎng)微透鏡陣列的加工精度。