工件及在其上加工特征的方法、復(fù)制母版及其形成的透鏡的制作方法【專利說(shuō)明】工件及在其上加工特征的方法、復(fù)制母版及其形成的透鏡[0001]分案申請(qǐng)[0002]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980145025.8的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，上述申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2009年9月18日，發(fā)明名稱為“用于對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工的系統(tǒng)和方法”。[0003]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用[0004]本發(fā)明要求2008年9月18日提交的名稱為“SystemsandMethodsforMachiningMaterials”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/098,065的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?jiān)诖艘詤⒖嫉姆绞讲⑷搿！?br>背景技術(shù)：
】[0005]已知用于機(jī)械加工各種材料的許多系統(tǒng)和方法?？删幊逃?jì)算機(jī)控制已與機(jī)械加工刀具結(jié)合使用，以提高機(jī)械加工過(guò)程的效率(諸如通過(guò)減少所包括的熟練勞動(dòng)力的量)和提高產(chǎn)生的工件上的機(jī)械加工特征的尺寸精度或期望的特性。用于機(jī)械加工材料的各種方法具有其特有的長(zhǎng)處和弱點(diǎn)，并因此可最好地以單獨(dú)的或以組合的方式適合于一種應(yīng)用但不太適合于另一種應(yīng)用。存在對(duì)用于機(jī)械加工材料的有效率且有效果的系統(tǒng)和方法的需求?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于機(jī)械加工材料的方法包括:控制刀具臺(tái)面(tooltable)與工件之間沿彎曲刀具路徑的相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)；和控制刀具臺(tái)面相對(duì)于工件的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度，以在刀具臺(tái)面和所述刀具臺(tái)面與所述工件之間沿所述彎曲刀具路徑的對(duì)應(yīng)相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)之間維持大致恒定的角度。另一實(shí)施例包括控制刀具臺(tái)面沿彎曲刀具路徑的動(dòng)態(tài)進(jìn)給速率，以大致維持刀具臺(tái)面相對(duì)于工件的目標(biāo)向心加速度。一種用于將期望的特征刻劃到工件的方法的一個(gè)實(shí)施例可利用這種CNC機(jī)械加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)，以便從工件去除材料，并從而形成具有高質(zhì)量(例如其中減少在表面上產(chǎn)生的不是設(shè)計(jì)部分的刀具痕跡)的表面的期望的特征。另外，使用這種刻劃方法的實(shí)施例可產(chǎn)生機(jī)械加工廢料連續(xù)的或大致連續(xù)的切肩，以使工件的清潔比采用諸如微銑削的方法容易，該諸如微銑削的方法產(chǎn)生可能難以從完成的工件表面去除的許多較小的廢料切肩。有些實(shí)施例另外的益處是用于刻劃(scribe)過(guò)程的刀具的切削刃與被機(jī)械加工的工件之間較低的相對(duì)速度(當(dāng)與微銑削過(guò)程相比較時(shí))，這能降低在切肩形成期間產(chǎn)生的必須通過(guò)熱耗散的動(dòng)能。這種由刻劃過(guò)程產(chǎn)生的熱的減少能降低刀具磨損的速率。[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種工件，其包括:特征的陣列，所述特征是在改變刀具臺(tái)面相對(duì)于工件的旋轉(zhuǎn)角度以在刀具臺(tái)面和所述刀具臺(tái)面與工件之間沿彎曲刀具路徑的對(duì)應(yīng)相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)之間維持大致恒定的角度的同時(shí)被刻劃的。[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于沿彎曲刀具路徑在工件上機(jī)械加工特征的方法，包括:控制刀具臺(tái)面與工件之間沿彎曲刀具路徑的相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)，包括:控制刀具臺(tái)面沿彎曲刀具路徑的動(dòng)態(tài)進(jìn)給速率，以大致維持刀具臺(tái)面相對(duì)于工件的目標(biāo)向心加速度；控制刀具臺(tái)面相對(duì)于工件的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度，以在刀具臺(tái)面和所述刀具臺(tái)面與工件之間沿彎曲刀具路徑的對(duì)應(yīng)相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)之間維持大致恒定的角度；以及將刀具臺(tái)面轉(zhuǎn)位到多個(gè)定位坐標(biāo)處，以便將陣列中的多個(gè)特征機(jī)械加工到工件上。[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于在透鏡陣列的生產(chǎn)中使用的復(fù)制母版，其包括:表面，所述表面包括在所述表面上的多個(gè)特征，其中，所述多個(gè)特征中的至少一個(gè)特征是在改變刀具臺(tái)面相對(duì)于所述復(fù)制母版的旋轉(zhuǎn)角度、以在刀具臺(tái)面和所述刀具臺(tái)面與復(fù)制母版之間沿彎曲刀具路徑的對(duì)應(yīng)相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)之間維持大致恒定的角度的同時(shí)被刻劃的。[0010]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種至少部分地通過(guò)應(yīng)用復(fù)制母版而形成的透鏡，該復(fù)制母版包括用于限定光學(xué)元件的至少一部分的特征，其中，該特征是在改變刀具臺(tái)面相對(duì)于復(fù)制母版的旋轉(zhuǎn)角度、以在刀具臺(tái)面和所述刀具臺(tái)面與復(fù)制母版之間沿彎曲刀具路徑的對(duì)應(yīng)相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)之間維持大致恒定的角度的同時(shí)被刻劃的。[0011]所提及的這些說(shuō)明性實(shí)施例不用于限制或限定本發(fā)明，而是提供示例以幫助本發(fā)明的理解。說(shuō)明性的實(shí)施例在【具體實(shí)施方式】中討論，并且在【具體實(shí)施方式】中提供本發(fā)明進(jìn)一步的說(shuō)明。由各種實(shí)施例提供的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)研宄本說(shuō)明書(shū)得到進(jìn)一步的理解?！靖綀D說(shuō)明】[0012]當(dāng)參考附圖閱讀以下的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例的這些及其他的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)得到更好地理解，其中:[0013]圖1是待加工的工件的圖示，示出X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸和C軸與其的關(guān)系；[0014]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)的方框圖；[0015]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)的圖示的側(cè)向透視圖；[0016]圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)的圖示的側(cè)向透視圖；[0017]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的安裝在用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)中的工件和刀具的圖示的側(cè)向透視圖；[0018]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于機(jī)械加工材料的方法的流程圖；[0019]圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的待在單個(gè)工件上機(jī)械加工的六個(gè)螺旋刀具軌跡的示例陣列，其中每個(gè)刀具路徑均在其中心具有定位X-Y-Z-C坐標(biāo)軸；[0020]圖7示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的已在上面機(jī)械加工有相同特征的陣列的示例工件；[0021]圖8以放大圖示出圖7所示的工件的一部分；[0022]圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有已機(jī)械加工的衍射特征的工件的剖面正視圖；以及[0023]圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有已機(jī)械加工的折射衍射特征的工件的剖面正視圖；[0024]圖11是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有已機(jī)械加工的凸形衍射特征的工件的剖面正視圖；[0025]圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有已機(jī)械加工的凹形衍射特征的工件的剖面正視圖；[0026]圖13和14示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在刻劃操作期間位于沿刀具路徑的兩個(gè)不同的位置處的刀具的平面圖；以及[0027]圖15示出具有倒圓角部的示例矩形刀具路徑?！揪唧w實(shí)施方式】[0028]本發(fā)明的實(shí)施例包括用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。通常，由用戶選擇一種或多種機(jī)械加工系統(tǒng)或方法，以便在使步驟最少、浪費(fèi)的工作最少和過(guò)剩材料最少的同時(shí)，最快速且最具成本效益的形成包括所有期望的特征、特性和公差的所完成的工件。還希望使用可幫助延長(zhǎng)所涉及的部件和刀具的預(yù)期壽命的系統(tǒng)和方法。[0029]例如，本發(fā)明的特定實(shí)施例可用于機(jī)械加工鎳或銅復(fù)制母版上的特征，所述鎳或銅復(fù)制母版被設(shè)計(jì)用于提供光學(xué)效果并能結(jié)合在微型圖像捕獲裝置中的透鏡陣列(或其組成部分)的生產(chǎn)。可利用根據(jù)在此公開(kāi)的實(shí)施例機(jī)械加工的制造母版生產(chǎn)用于例如包括通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和半導(dǎo)體制造的其它應(yīng)用的光學(xué)器件的陣列。另外的在圖像捕獲裝置的生產(chǎn)中的制造母版的使用的說(shuō)明由國(guó)際公開(kāi)號(hào)為W02008/020899A2、名稱為“ArrayedImagingSystemsandAssociatedMethods”的PCT提供，該P(yáng)CT的全部?jī)?nèi)容在此如在以下完全提出一樣以參考的方式全文并入。[0030]現(xiàn)在參考圖1，示出待機(jī)械加工的柱形工件100的圖示。工件100包括待機(jī)械加工的大致平面表面102。在其他實(shí)施例中，待機(jī)械加工的工件的表面可包括其他表面形狀、特征或質(zhì)量。例如，這種表面可包括凸形的、凹形的、非球面的、不規(guī)則的、隆起的、帶網(wǎng)紋的或其他的形狀、特征或質(zhì)量。在一個(gè)示例中，工件可具有利用在此公開(kāi)的技術(shù)進(jìn)一步機(jī)械加工的諸如凹陷或突起的特征陣列。[0031]圖1圖示了標(biāo)記為“X”、“Y”、“Z”、“A”、“B”和“C”的六個(gè)不同的軸相對(duì)于工件100的表面102的關(guān)系。X軸平行于工件100的表面102。Y軸同樣平行于工件100的表面102，并與X軸正交。Z軸與X軸和Y軸正交，同時(shí)與工件100的表面102正交。A軸環(huán)繞X軸。類似地，B軸環(huán)繞Y軸，而C軸環(huán)繞Z軸。[0032]在以下所描述的各種實(shí)施例的討論中，對(duì)X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸或C軸中的任何一個(gè)或多個(gè)的參考應(yīng)解釋成與在圖1中所示的這些軸的取向一致。在其他實(shí)施例中，可使用替代性的坐標(biāo)系或基準(zhǔn)點(diǎn)。例如，柱面或球面坐標(biāo)系可單獨(dú)地使用或彼此結(jié)合地使用，或者與如圖1中所示的坐標(biāo)系結(jié)合使用。在另一實(shí)施例中，例如可參考所使用的機(jī)械加工裝備描述軸。[0033]用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)的示例[0034]現(xiàn)在參考圖2，示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于機(jī)械加工材料的系統(tǒng)20當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 4 5