[發(fā)明專利]一種機床測量用光柵兩步固化輥壓印成型方法

有效

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• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102193310A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉紅忠;王良軍;史永勝;尹磊;劉樹林;丁玉成;盧秉恒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20;G02B5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機床測量用光柵制造加工領(lǐng)域，特別涉及一種機床測量用大面積長光柵制造中三維功能性微結(jié)構(gòu)的輥壓印成型方法。

背景技術(shù)

計量光柵技術(shù)的基礎(chǔ)是莫爾條紋(Moire?fringes)，1874年由英國物理學(xué)家L.Rayleigh首先提出這種圖案的工程價值，直到20世紀50年代人們才開始利用光柵的莫爾條紋進行精密測量。1950年德國Heidenhain首創(chuàng)DIADUR復(fù)制工藝，也就是在玻璃基板上蒸發(fā)鍍鉻的光刻復(fù)制工藝，這才能制造高精度、價廉的光柵刻度尺，光柵計量儀器才能為用戶所接受，進入商品市場。

位置檢測裝置作為數(shù)控機床的重要組成部分，其作用就是檢測位移量，并發(fā)出反饋信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件使其向著消除偏差的方向運動，直至偏差等于零為止。為了提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度。

從上個世紀50年代到70年代柵式測量系統(tǒng)從感應(yīng)同步器發(fā)展到光柵、磁柵、容柵和球柵，這5種測量系統(tǒng)有各自的優(yōu)勢，相互補充，在競爭中都得到了發(fā)展。由于光柵測量系統(tǒng)的綜合技術(shù)性能優(yōu)于其他4種，而且制造費用又比感應(yīng)同步器、磁柵、球柵低，因此光柵發(fā)展得最快，技術(shù)性能最高，市場占有率最高，產(chǎn)業(yè)最大。光柵在柵式測量系統(tǒng)中的占有率已超過80％，光柵長度測量系統(tǒng)的分辨力已覆蓋微米級、亞微米級和納米級。

目前，機床測量用光柵的制造技術(shù)主要有有刻劃機刻劃、全息光柵工藝和光刻工藝方法等。刻劃方法對刻劃機元件精度要求非常高，而且要在刻劃過程中防止擠壓和溫度變化，效率較低，成本較高，不能連續(xù)生產(chǎn)，且分辨率有限。全息光柵工藝和光刻方法制造的光柵分辨率比刻劃機刻劃高，但同樣存在上述缺點。全息光柵工藝是應(yīng)用激光干涉，利用光致抗蝕劑做記錄材料，通過曝光顯影定影來制造光柵，衍射效率較低。光刻的方法設(shè)備投入較大，量產(chǎn)成本居高不下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種機床測量用光柵尺兩步固化輥壓印成型方法，可用于大面積、高線數(shù)機床測量用光柵的批量、連續(xù)制造。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種機床測量用光柵尺兩步固化輥壓印成型方法，該方法采用輥壓印技術(shù)，實現(xiàn)光柵功能性微結(jié)構(gòu)由輥壓模具向柔性或剛性光柵尺胚基材的圖形化轉(zhuǎn)移。首先是輥壓母光柵尺模具的制造，通過有掩膜微細電解加工工藝、刻劃或者全息光柵工藝等微細加工工藝在具有低體積膨脹系數(shù)的輥壓模具表面加工出柵形功能性微結(jié)構(gòu)，并在輥壓模具兩側(cè)制作出輥壓印對準標記；然后啟動涂膠裝置，采用噴涂工藝、印刷膠輥涂覆等涂覆工藝在低體積膨脹系數(shù)的基材上涂覆一層紫外光固化膠；在膠層表面覆一層高紫外透過率的柔性薄膜，先進行一次軟固化；軟固化完成，將透明的柔性薄膜進行剝離；與此同時對模具進行降低表面能處理(比如蒸鍍聚四氟乙烯)，使模具和基材接觸，并在基材表面施加一定的輥壓印力，使模具表面的柵形功能微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基材的軟固化膠層上；最后對成型的光柵結(jié)構(gòu)層進行二次固化，以穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，完成圖形轉(zhuǎn)移即輥壓模具的柵形微結(jié)構(gòu)復(fù)型在柔性或剛性基材上。該轉(zhuǎn)移過程，通過控制膠體在尺胚基材表面和輥壓模具間的流變和粘附特性來實現(xiàn)。

上述一種機床測量用光柵尺兩步固化輥壓印成型方法，具體包括以下步驟：

1)光柵尺胚基材制備：選擇金屬帶、陶瓷或玻璃作為光柵尺胚基材，增強表面能處理4-10s后，采取涂覆工藝在光柵尺胚基材上涂覆一層厚度為1-5um的紫外光固化膠層；

2)輥壓模具制備：選擇殷鋼或鉻作為輥壓模具的材料，或在鋼或銅基材的表面電鍍一層鉻鍍層作為輥壓模具的材料，采用微細加工工藝制作成輥筒形、且模具表面具有母光柵結(jié)構(gòu)的輥壓模具，在輥壓模具表面的兩側(cè)制作出輥壓模具表面的對準標記；

并對具有母光柵結(jié)構(gòu)輥壓模具表面進行電化學(xué)拋光或者化學(xué)拋光，在具有母光柵結(jié)構(gòu)的輥壓模具結(jié)構(gòu)表面進行降低表面能處理時間10-30s；

3)軟固化：在光柵尺胚基材表面的紫外光固化膠層上覆一層高紫外透過率的柔性薄膜，采取一次固化紫外線線光源透過高紫外透過率的柔性薄膜對紫外光固化膠層進行曝光，然后將薄膜剝離；

4)輥壓復(fù)型前對準：采用CCD圖像采集對準系統(tǒng)對光柵尺胚基材的對準標記和輥壓模具表面的對準標記進行采集對比，獲得兩者的相對位置參數(shù)，然后通過微驅(qū)動調(diào)整光柵尺胚基材的位置；