[发明专利]基于光栅测量技术的一体式直线运动定位系统的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，特别是涉及一种基于光栅测量技术的一体式直线运动定位系统的制备方法。

背景技术

数控机床、半导体设备以及精密测量仪器等设备运行的精密定位是加工和测量精度的重要保障，目前应用最为广泛的直线运动定位系统是由直线运动部件（如U型直线电机、直线导轨）和测量部件（光栅、磁栅、容栅等）组成。常规直线运动定位系统采用的是分离式的安装方式，即先将直线运动部件安装于设备的基体上，然后将测量部件（光栅、磁栅、容栅等）安装于相应的基体位置，最后再将读数头安装在直线运动部件的运动单元上。这种安装方式对安装的精度要求较高，且容易产生阿贝误差。且占用的安装空间较大，使得设备结构不够紧凑。目前使用较多的直线运动定位系统是光栅测量系统，光栅测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min至480m/min。测量长度从1m、3m至30m和100m，其制造成本也较低，抗干扰能力较强。但是由于其是分离式的安装方式，限制了其应用范围。另外，光栅尺表面的抗污、耐磨能力是光栅副读数精度和耐用性的重要保障，目前还未见具有高透光性、低反射性、耐磨、耐酸碱以及耐有机溶剂的光栅尺保护膜。

现有的直线运动定位系统不具备集直线运动导向、支撑和高精度位移测量于一体的优点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于光栅测量技术的一体式直线运动定位系统的制备方法，直线运动定位系统具备集直线运动导向、支撑和高精度位移测量于一体。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于光栅测量技术的一体式直线运动定位系统的制备方法，包括以下步骤：

（1）直线运动部件上光栅线纹的制造：对直线运动部件表面进行研磨、抛光，使其满足光栅线纹制作要求，然后在研磨、抛光后直线运动部件表面上制作光栅线纹结构；

（2）光栅线纹保护膜涂覆：在光栅线纹表面涂覆一层SiO₂保护膜；

（3）紧凑型反射式光栅读数头制造：使用LED光源和栅状传感器组成光电转换部分，再配以细分电路部分，组成完整的紧凑型反射式光栅读数头；

（4） 光栅读数头的装配：在直线运动部件的运动单元上通过安装紧凑型反射式光栅读数头，组成完整的基于光栅测量技术的一体式直线运动定位系统。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中的直线运动部件为U型直线电机或直线导轨，光栅线纹为增量式光栅线纹结构或绝对式光栅线纹结构；步骤（1）中进行研磨、抛光后的直线运动部件的表面粗糙度为10-200nm。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中采用光刻图形化工艺或者辊压印图形化工艺在研磨、抛光后直线运动部件表面上制作光栅线纹结构。

在本发明一个较佳实施例中，所述的光刻图形化工艺使用提拉法或喷涂法在研磨、抛光后直线运动部件表面上涂覆光刻胶，胶层厚度为1-10mm。

在本发明一个较佳实施例中，光刻胶涂覆完成后进行前烘，然后进行曝光工艺，进行曝光，曝光所使用的掩膜版中栅线图形为增量式栅线或者绝对式栅线，增量式栅线栅距为2-80mm，绝对式光栅尺的标称线纹宽度，即最窄线纹的宽度为10-30mm，栅线区域宽度为2-15mm，曝光完成后，进行显影和湿法刻蚀，在研磨、抛光后直线运动部件表面上刻蚀出光栅线纹结构。

在本发明一个较佳实施例中，在研磨、抛光后直线运动部件表面上涂覆一层UV固化光刻胶，通过辊压印的方式将模具上的光栅线纹结构复制到光刻胶上，得到光栅线纹结构。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中使用的SiO₂溶胶溶液主要成分为正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和盐酸的体积配比：10-15:35-45:4-6:0.05-0.09；使用提拉法、刷涂或喷涂方式将SiO₂溶胶溶液涂覆到光栅线纹表面上，并经过烘干及热处理使其固化，得到SiO₂保护膜。

在本发明一个较佳实施例中， 步骤（3）中LED光源为发散型LED光源或准直LED光源，发散型LED光源的安装方法为垂直于印刷电路板，准直LED光源在安装时与印刷电路板保持一定夹角，发散型LED光源的发散角为20-60°，准直型LED光源的发散角小于20°。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中栅状传感器的感光波长与LED光源的波长相同。