六自由度微等离子体射流加工平台系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大气压低温等离子体射流加工技术领域，具体地，涉及一种六自由度微等离子体射流加工平台系统。
【背景技术】
[0002]大气压低温等离子体射流是一种新型的等离子体放电技术，它具有运行温度低、可控性好、操作简单等特点。现阶段大气压低温等离子体射流正朝着微型化方向发展，即等离子体射流尺寸降到微米或纳米量级，主要应用于大气压下微电子器件及纳米器件的刻蚀加工。其中，对于生物医疗器件正不断向微型化和曲面复杂化方向发展，这对大气压微等离子体射流加工提出了更高的要求。然而，对于具有三维结构的生物医疗器件的微加工平台系统是一个至关重要的因素。因此对于微米或纳米量级范围内的具有多自由度的大气压微等离子体射流加工平台系统的研发受到极大的关注。
[0003]Hiroyuki Y0SHIKI 在 “Generat1n of Air Microplasma Jet and ItsApplicat1n to Local Etching of Polyimide Films，，Japanese Journal of AppliedPhysics, 45 (6B), 5618 - 5623 (2006)中，描述了一种空气微等离子体射流局部刻蚀聚合物薄膜，等离子体发生器采用不锈钢注射器针，针管外径为采用0.5mm ;并用该微等离子体射流刻蚀铜绕组线上的绝缘薄膜，铜绕组线的直径为0.25mm，绝缘薄膜厚度为15um，刻蚀结果表明刻蚀线宽可达0.47_。由于该等离子体射流的束斑直径大于铜绕组线的直径，因此等离子体射流与铜绕组线接触时会完全刻蚀该区域的绝缘薄膜。本文只应用了 XYZ三轴运动平台实现了对铜绕组线上的绝缘薄膜刻蚀。
[0004]同样，该作者在另外一篇文献“Localizedetching of an insulator filmcoated on a copper wire using an atmosphericpressure microplasma jet，，Review ofScientific Instruments 78, 043510 (2007)中描述了一种内外径分别为 0.2mm和 0.4mm不锈钢注射器针等离子体发生器，利用ArAV混合气体产生微等离子体射流刻蚀铜线上沉积的绝缘薄膜。该铜线直径仅为90um，绝缘薄膜厚度仅为lOum。同样，等离子体射流与铜线接触时会完全刻蚀该区域的绝缘薄膜，因此该文献中仍然采用了三自由度的XYZ三轴运动平台，其中等离子体发生器安装在X和Z方向移动的台架上，铝基板安装在Y方向移动的台架上。
[0005]Ryota Kakei et al.在“Product1n of ultrafine atmospheric pressureplasma jet with nano-capiIIary^ Thin Solid Films, 518, 3457 - 3460 (2010)中，描述了一种可产生纳米量级的大气压微等离子体射流。采用外径和内径分别为Imm和0.6mm的石英玻璃管通过拉针仪拉制成尖端孔径仅为100nm-5um的玻璃微针作为等离子体射流发生器。并尝试采用尖端孔径仅为500nm的微等离子体射流刻蚀光刻胶薄膜，刻蚀结果表明该大气压微等离子体射流具有较好的刻蚀效果，刻蚀线宽为500-700nm，刻蚀深度为30_50nm。
[0006]由以上可以看出，大气压微等离子体射流加工正朝着微米或纳米量级的微型化方向发展，而加工的对象也从原来单一的平面结构拓展至具有曲面结构的微型器件，例如面向生物医疗器件领域的丝电极、管电极等。但是对于加工运动平台目前还处于三自由度XYZ三轴运动平台，且缺乏微型化条件下对于加工过程中的尺寸测量和校准系统。从而限制了大气压微等离子体射流对生物医疗器件的加工范围和加工精度。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种六自由度微等离子体射流加工平台系统，通过在XYZ三轴运动平台基础上增加X、Y、Z三轴旋转自由度组成六自由度平台，实现了对具有复杂三维结构的生物医疗器件的大气压微等离子体射流加工；并且通过加入尺寸测量和校准系统，提高了大气压微等离子体射流的加工精度。
[0008]为实现以上目的，本发明提供一种六自由度微等离子体射流加工平台系统，包括:X轴直线导轨，X轴滑块，Y轴直线导轨，Y轴滑块，Z轴直线导轨，Z轴滑块，悬臂支架，支撑平台，等离子体发生器，流量计，功率电源，旋转电机，套管，第一旋转支架，第二旋转支架，第一滑动圆盘支架，第二滑动圆盘支架，驱动电机，实时监测和校准系统，微型夹具和基底；其中:基底作为整个系统的载体；x轴直线导轨固定于基底的上侧面，并靠近基底的一侧4轴直线导轨的一端与X轴滑块固定，X轴滑块沿X轴直线导轨滑动并带动Y轴直线导轨沿X轴直线导轨方向滑动；支撑平台的下侧面与Y轴滑块固定，Y轴滑块沿Y轴直线导轨滑动并带动支撑平台沿Y轴直线导轨方向滑动；2轴直线导轨垂直设置于基底上侧面的一边沿位置，且该边与设置X轴直线导轨的一边相邻；悬臂支架的一端与Z轴滑块固定，Z轴滑块沿Z轴直线导轨并带动悬臂支架沿Z轴直线导轨方向滑动；悬臂支架的另一端固定等离子体发生器；等离子体发生器与功率电源连接，接通功率电源使等离子体发生器产生等离子体射流；流量计设置于等离子体发生器的上端部，用于通入工作气体的计量；微型夹具固定于第一旋转支架，第一旋转支架固定于第一滑动圆盘支架；套筒固定于第二旋转支架，第二旋转支架固定于第二滑动圆盘支架；套筒与微型夹具配合用于夹持工件，通过调节第一滑动圆盘支架和第二滑动圆盘支架使得工件的待加工区域位于等离子体发生器的正下方；旋转电机通过联轴器与微型夹具相连，并带动微型夹具旋转组成Y轴旋转自由度；实时监测和校准系统，用于对等离子体发生器和工件加工实现精确定位；
[0009]X轴直线导轨通过X轴滑块与Y轴直线导轨组成X方向平动自由度；Y轴直线导轨通过Y轴滑块与支撑平台组成Y方向平动自由度；ζ轴直线导轨通过Z轴滑块与悬臂支架组成Z方向平动自由度；旋转电机通过联轴器带动微型夹具旋转组成Y轴旋转自由度；第一滑动圆盘支架通过驱动电机驱动组成X轴和Z轴两旋转自由度；通过以上方式组成具有六自由度的运动平台，从而实现对工件任意位姿的夹持加工。
[0010]优选地，所述微型夹具包括卡爪和紧固套筒，其中:卡爪的一端设有外螺纹、另一端设有多个弹性支片；紧固套筒的一端设有与卡爪外螺纹相配合的内螺纹、另一端为圆台状管口 ；卡爪的一端与紧固套筒的一端通过螺纹连接，卡爪的另一端通过紧固套筒的圆台状管口套在卡爪的弹性支片外，通过旋拧紧固套筒使其圆台状管口松开或压紧卡爪的弹性支片；工件的一端插入在卡爪内，旋拧紧固套筒将工件紧固在卡爪中间。
[0011]优选地，所述第一滑动圆盘支架包括第一滑块、第一 U型支架、第一机械臂和第一圆盘，其中:第一U型支架和第一圆盘固接，第一圆盘通过驱动电机驱动使第一圆盘相对于第一滑块转动，第一机械臂通过驱动电机驱动使第一机械臂相对于第一 U型支架转动；所述第二滑动圆盘支架包括第二滑块、第二U型支架、第二机械臂和第二圆盘，其中:第二U型支架和第二圆盘固接，第二圆盘通过驱动电机驱动使第二圆盘相对于第二滑块转动，第二机械臂通过驱动电机驱动使第二机械臂相对于第二 U型支架转动；
[0012]所述第一圆盘通过驱动电机相对于第一滑块转动，第二圆盘通过驱动电机相对于第二滑块转动，从而组成Z轴旋转自由度；所述第一机械臂通过驱动电机相对于第一U型支架转动，第二机械臂通过驱动电机相对于第二 U型支架转动，从而组成X轴旋转自由度。
[0013]优选地，所述支撑平台沿Y轴方向设置有滑槽，第一滑动圆盘支架和第二滑动圆盘支架在支撑平台上沿该滑槽相对运动。
[0014]优选地，所述等离子体发生器包括绝缘介质管和电极，其中:绝缘介质管为尖端口，尖端口的直径为100nm-20 μ m ；电极结构形式为针-环式，或者单针式，或者单环式，或者环-环式。
[0015]优选地，所述等离子体发生器通过流量计通入工作气体并接通功率电源产生微等离子体射流，射流束斑直径在500nm-20 μ m。
[0016]优选地，所述X轴直线导轨、Y轴直线导轨、Z轴直线导轨均采