本發(fā)明涉及振鏡，具體涉及一種磁性懸臂梁的制備方法以及電磁掃描振鏡模組。

背景技術(shù)：

1、振鏡技術(shù)，從最初的機(jī)械裝置到現(xiàn)代高速、高精度電子光學(xué)設(shè)備，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展而逐漸成熟；早期的機(jī)械振鏡由一個(gè)反射鏡、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(如電磁線圈和磁鐵系統(tǒng))、位置傳感器(如光學(xué)編碼器)和控制系統(tǒng)組成，主要依靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)(如電機(jī)驅(qū)動(dòng))實(shí)現(xiàn)反射鏡的擺動(dòng)。

2、目前，多軸振鏡系統(tǒng)結(jié)合智能控制系統(tǒng)能夠在多個(gè)方向上同時(shí)掃描并實(shí)時(shí)通過(guò)反饋?zhàn)赃m應(yīng)調(diào)整掃描參數(shù)，能夠提高掃描效率、穩(wěn)定和精度；新材料(如輕質(zhì)高強(qiáng)度合金、復(fù)合材料)和新技術(shù)(如光學(xué)編碼器、激光干涉儀)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了振鏡的性能和可靠性；新技術(shù)如將碳纖維復(fù)合材料添加到3d打印漿料打印制作振鏡扭轉(zhuǎn)梁來(lái)提高扭轉(zhuǎn)梁強(qiáng)度和韌性；而新技術(shù)如光學(xué)編碼器和激光干涉儀，通過(guò)提供高精度的位移和角度反饋，提升了振鏡的控制精度和穩(wěn)定性；目前，振鏡結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化創(chuàng)新仍是mems振鏡的研究熱點(diǎn)和重要的發(fā)展方向之一。

3、mems振鏡是指用光學(xué)mems技術(shù)制造的，把微反射鏡與mems驅(qū)動(dòng)器集成在一起的光學(xué)mems器件，是基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制造的小型振鏡，由微型反射鏡、懸臂梁、驅(qū)動(dòng)器和支撐結(jié)構(gòu)等組成；mems振鏡多采用靜電、壓電、電磁和電熱驅(qū)動(dòng)，相比于機(jī)械振鏡的大體積、大功耗、響應(yīng)慢，mems振鏡具備小型化、低功耗、高速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)；目前，電磁驅(qū)動(dòng)是mems振鏡最為主流和成熟的驅(qū)動(dòng)方式；而電磁驅(qū)動(dòng)器為振鏡振動(dòng)提供穩(wěn)定可調(diào)的驅(qū)動(dòng)力，是決定振鏡工作性能的重要因素。

4、現(xiàn)目前，大部分mems電磁驅(qū)動(dòng)器，常使用的方案是將驅(qū)動(dòng)線圈繞制在固定框架上，通過(guò)控制線圈中電流的大小和方向，并在外部磁場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)框架振動(dòng)；之后，將振鏡安置于框架上即可實(shí)現(xiàn)振鏡振動(dòng)；雖然使用繞制線圈制備磁驅(qū)動(dòng)振鏡的方式，可以通過(guò)控制線圈電流大小和方向以達(dá)到振鏡的振動(dòng)頻率和幅度的精確控制，但在微小的框架上繞制線圈時(shí)，存在繞制困難、加工周期長(zhǎng)的問(wèn)題，從而導(dǎo)致制造工藝復(fù)雜；當(dāng)需要大量制備時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極大的成本負(fù)擔(dān)；此外，若線圈出現(xiàn)損壞、短接、斷路等情況，振鏡器件會(huì)直接報(bào)廢；目前，工程師主要集中優(yōu)化線圈排布方式，改進(jìn)固定框架的物理結(jié)構(gòu)以達(dá)更穩(wěn)定更價(jià)廉的振鏡驅(qū)動(dòng)器；但此方面的技術(shù)一定程度上已達(dá)飽和，短時(shí)間內(nèi)難以取得重大突破和性能的顯著提升，因此，亟需一種同時(shí)兼顧低成本、高適應(yīng)性、可維護(hù)性強(qiáng)的電磁掃描振鏡以及制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一種磁性懸臂梁的制備方法以及電磁掃描振鏡模組，解決了現(xiàn)有磁驅(qū)動(dòng)振鏡制備工藝復(fù)雜、成本高昂、不易維修的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，提供一種磁性懸臂梁的制備方法，其包括以下步驟：

4、s1：配制無(wú)源層漿料和有源層漿料，并通過(guò)絲網(wǎng)印刷成型出由無(wú)源層漿料和有源層漿料疊層而成的懸臂梁薄片；

5、s2：對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行加熱固化；

6、s3：對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行充磁，且充磁磁場(chǎng)的方向與懸臂梁薄片表面的寬度方向平行，最終得到磁性懸臂梁。

7、進(jìn)一步地，步驟s1中通過(guò)絲網(wǎng)印刷懸臂梁薄片的方法包括：

8、a1：在第一絲網(wǎng)印版和第二絲網(wǎng)印版上開設(shè)若干用于成型懸臂梁薄片的通槽，且第一絲網(wǎng)印版和第二絲網(wǎng)印版上的若干通槽一一對(duì)齊；

9、a2：將第一絲網(wǎng)印版放置并固定在玻璃板上后，將無(wú)源層漿料傾倒在第一絲網(wǎng)印版上，并通過(guò)刮刀將無(wú)源層漿料均勻刮涂在第一絲網(wǎng)印版上的若干通槽內(nèi)；

10、a3：在第一絲網(wǎng)印版上放置第二絲網(wǎng)印版并對(duì)齊固定后，將有源層漿料傾倒在第二絲網(wǎng)印版上，通過(guò)刮刀將有源層漿料均勻刮涂在第二絲網(wǎng)印版上的若干通槽內(nèi)；

11、a4：將第一絲網(wǎng)印版和第二絲網(wǎng)印版向上抽離，并在玻璃板上成型出若干由無(wú)源層漿料和有源層漿料疊層而成的懸臂梁薄片。

12、進(jìn)一步地，第一絲網(wǎng)印版和第二絲網(wǎng)印版的厚度范圍為50-100μm。

13、進(jìn)一步地，無(wú)源層漿料包括均勻混合的鋁粉和硅膠，且鋁粉和硅膠的質(zhì)量比為0.2-0.4，有源層漿料包括均勻混合的釹鐵硼粉末和硅膠，且釹鐵硼粉末和硅膠的質(zhì)量比為0.8-0.95。

14、進(jìn)一步地，對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行充磁的方法為：通過(guò)外部的充磁設(shè)備對(duì)懸臂梁薄片施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0-5.0t的充磁磁場(chǎng)，且充磁時(shí)間為20-30s。

15、進(jìn)一步地，對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行加熱固化的加熱溫度為50-100℃，加熱時(shí)間為30-60min。

16、第二方面，提供一種電磁掃描振鏡，其包括磁性懸臂梁和呈槽箱狀的外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有固定支架，固定支架上安裝有電磁鐵，外殼的開口處可拆卸的設(shè)置有安裝框架，安裝框架上設(shè)置有兩根平行的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上設(shè)置有兩個(gè)用于分別夾持磁性懸臂梁的兩端的夾持件，磁性懸臂梁表面的中部固定有微鏡。

17、進(jìn)一步地，夾持件包括兩塊夾持片，磁性懸臂梁的端部固定在兩塊夾持片之間，夾持片的兩端均設(shè)置有便于兩塊夾持片通過(guò)螺栓進(jìn)行固定連接的螺紋孔，夾持片中部的外側(cè)設(shè)置有定位耳，定位耳通過(guò)螺栓緊固在由兩根導(dǎo)軌形成的條形槽上。

18、進(jìn)一步地，電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別與微鏡的表面和磁性懸臂梁的內(nèi)部磁場(chǎng)垂直。

19、進(jìn)一步地，外殼的外側(cè)壁上鉸接有用于固定激光器的夾具，且?jiàn)A具的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為豎直面。

20、本發(fā)明的有益效果為：

21、1.本方案的磁性懸臂梁替代了線圈繞制的固定框架，其制備方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短，從而大幅降低了制備成本；同時(shí)磁性懸臂梁和電磁鐵均拆裝便捷，以便于維護(hù)更換，從而降低了使用成本。

22、2.本方案的磁性懸臂梁性能穩(wěn)定，且?jiàn)A持件可夾持固定不同尺寸的磁性懸臂梁，其實(shí)用性強(qiáng)；同時(shí)磁性懸臂梁作為磁驅(qū)動(dòng)可編程材料的能夠響應(yīng)外部刺激(磁場(chǎng))而改變自身的形狀、體積或功能，使用釹鐵硼粉末、鋁粉、硅橡膠作為原材料，制成無(wú)源層和可通過(guò)磁激勵(lì)的有源層，再將二者組合制成磁性懸臂梁作為驅(qū)動(dòng)框架；通過(guò)外部設(shè)備在指定方向上給磁性懸臂梁充磁，使得磁性懸臂梁擁有一定方向的內(nèi)磁場(chǎng)(磁性)，并與電磁鐵的磁場(chǎng)方向正交，從而增加了本方案內(nèi)部磁場(chǎng)的方向和維度，進(jìn)而增強(qiáng)了對(duì)微鏡的控制，使本方案可實(shí)現(xiàn)電磁驅(qū)動(dòng)器所具備的所有功能。

23、3.本方案的電磁掃描振鏡可通過(guò)激光器和電磁鐵的配合實(shí)現(xiàn)振動(dòng)性能的測(cè)試，并可根據(jù)測(cè)試效果去調(diào)整磁性懸臂梁的結(jié)構(gòu)、尺寸以及無(wú)源層和有源層的厚度，以便于本方案達(dá)到預(yù)期的振動(dòng)性能。

技術(shù)特征：

1.一種磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，步驟s1中通過(guò)絲網(wǎng)印刷懸臂梁薄片的方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，所述第一絲網(wǎng)印版和第二絲網(wǎng)印版的厚度范圍為50-100μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，所述無(wú)源層漿料包括均勻混合的鋁粉和硅膠，且鋁粉和硅膠的質(zhì)量比為0.2-0.4，所述有源層漿料包括均勻混合的釹鐵硼粉末和硅膠，且釹鐵硼粉末和硅膠的質(zhì)量比為0.8-0.95。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行充磁的方法為：通過(guò)外部的充磁設(shè)備對(duì)懸臂梁薄片施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0-5.0t的充磁磁場(chǎng)，且充磁時(shí)間為20-30s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性懸臂梁的制備方法，其特征在于，對(duì)懸臂梁薄片進(jìn)行加熱固化的加熱溫度為50-100℃，加熱時(shí)間為30-60min。

7.一種電磁掃描振鏡模組，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的磁性懸臂梁和呈槽箱狀的外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)置有固定支架，所述固定支架上安裝有電磁鐵，所述外殼的開口處可拆卸的設(shè)置有安裝框架，所述安裝框架上設(shè)置有兩根平行的導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上設(shè)置有兩個(gè)用于分別夾持磁性懸臂梁的兩端的夾持件，所述磁性懸臂梁表面的中部固定有微鏡。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁掃描振鏡模組，其特征在于，所述夾持件包括兩塊夾持片，所述磁性懸臂梁的端部固定在兩塊夾持片之間，所述夾持片的兩端均設(shè)置有便于兩塊夾持片通過(guò)螺栓進(jìn)行固定連接的螺紋孔，所述夾持片中部的外側(cè)設(shè)置有定位耳，所述定位耳通過(guò)螺栓緊固在由兩根導(dǎo)軌形成的條形槽上。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁掃描振鏡模組，其特征在于，所述電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)分別與微鏡的表面和磁性懸臂梁的內(nèi)部磁場(chǎng)垂直。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁掃描振鏡模組，其特征在于，所述外殼的外側(cè)壁上鉸接有用于固定激光器的夾具，且?jiàn)A具的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為豎直面。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種磁性懸臂梁的制備方法以及電磁掃描振鏡模組，其包括制備的磁性懸臂梁和呈槽箱狀的外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有固定支架，固定支架上安裝有電磁鐵，外殼的開口處可拆卸的設(shè)置有安裝框架，安裝框架上設(shè)置有兩根平行的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上設(shè)置有兩個(gè)用于分別夾持磁性懸臂梁的兩端的夾持件，磁性懸臂梁表面的中部固定有微鏡；本方案的磁性懸臂梁替代了線圈繞制的固定框架，其制備方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短，從而大幅降低了制備成本；同時(shí)磁性懸臂梁和電磁鐵均拆裝便捷，以便于維護(hù)更換，從而降低了使用成本。

技術(shù)研發(fā)人員：夏園林,羅欣瑤,陳極,王軻,李易飛,夏操,王竹卿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17