机床用超长光栅尺逆辊压印成型方法技术

本发明专利技术公开一种制造机床用超长光栅尺逆辊压印成型方法，该方法采用网纹辊涂胶的方式，并用刮刀与之配合控制UV固化光刻胶胶量，通过网纹辊与模具的回转运动将光刻胶转移到模具表面，使UV固化光刻胶完全填充模具的槽型微结构，并对光刻胶进行第一次UV固化，使液态UV固化胶固化，保证其几何形貌。选用有一定抗拉强度和柔性的光栅尺胚，并对其进行表面处理，增大其与紫外光固化胶的结合力，通过柱面模具的高精度回转运动，将模具表面的微结构转移至光栅尺胚表面，通过高精度连续回转运动控制，实现超长高精度光栅尺的制造。该方法克服了传统光栅尺制造中环境条件依赖性高、制造效率低、成本高的缺点，实现超长光栅尺的高速、低成本、连续制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及逆辊压印光刻技术，特别涉及一种制造机床用超长光栅尺的逆辊压印成型方法。该方法可以连续、高效、低成本制造超长光栅尺。
技术介绍
精密光栅尺作为高档数控机床的位置检测元件对数控机床的精度有着至关重要的影响，是精密、超精密高档数控机床的关键基础性功能部件。光栅尺的制造方法主要有刻划机刻划方法、光刻机光刻方法等。刻划机刻划方法制造光栅尺效率较低，并且对环境要求高，成本高，不能连续生产，且分辨率有限。光刻机光刻方法的分辨率比刻划机刻划方法高，同样存在上述缺点。目前，国际上多采用深紫外光刻技术实现高精度超长计量光栅制造，这种制造方法对于环境要求极其苛刻，导致制造成本较高且制造速度较低。相比于上述制作工艺存在的局限性，纳米压印技术是一种可以制造大面积微纳米结构的并行制造技术，具有成本低，生产效率高的特点。由于纳米压印技术具备高分辨率、 低成本、工艺简洁高效(避免光学曝光、显影、刻蚀等工序)等特征，在超大规模集成电路、 (超)高精度光栅、磁存储器、光波导等具有微结构特征的器件成型方法上与传统微加工 (光学光刻、机械刻划)工艺相比，具有巨大的技术和产业竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机床用超长光栅尺制造方法，该方法采取逆滚压印光刻技术，利用光栅模具的高精度回转运动，将光栅模具表面的微结构直接转移到光栅尺胚表面，通过高精度连续回转运动控制，实现超长高精度光栅尺的制造。该方法克服了传统光栅尺制造中环境条件依赖性高、制造效率低和成本高的缺点，实现了超长光栅尺的高速、低成本和连续制造。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。，该方法包括下述步骤1)光栅尺胚表面处理选择金属带、陶瓷或玻璃作为光栅尺胚基材，对尺胚表面进行等离子气处理，增大尺胚表面能；2)制作光栅模具选择殷钢、M或者Cr作为光栅模具材料，采用激光刻蚀、机械刻划或电化学/化学腐蚀等微细加工方法制作表面有微结构的辊筒形光栅模具；3)网纹辊表面滚胶在网纹辊表面滚涂一层紫外光固化胶；4)使用刮刀将网纹辊表面多余胶料刮去；5)采用超声波雾化工艺，在光栅模具表面涂覆一层脱模剂；6)将光栅模具与网纹辊相对转动，将网纹辊上的紫外光固化胶胶料转移并填充至光栅模具沿圆周线分布的光栅栅线凹槽内；7)将光栅模具表面的紫外光固化胶进行UV弱固化；38)将光栅模具与处理后光栅尺胚接触，并对接触面加压，光栅模具在电机动力下旋转，光栅尺胚随光栅模具做同步平面运动，将光栅模具表面的紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚上；9)对转印后的光栅尺胚进行UV固化后，即完成光栅尺逆辊压印成型过程。本专利技术的进一步特征在于所述光栅模具长为50mm 300mm;直径为Φ 50mm Φ 500mm，表面均布栅线，栅线宽为IOOnm 500 μ m，栅线间距为IOOnm 500 μ m，栅线深< 100 μ m。所述网纹辊的直径为Φ50πιπι Φ500πιπι，线数为100 1400线/英寸，网纹辊转动圆周线速度需与光栅模具圆周线速度相同。所述步骤7)、9)中光栅模具表面的紫外光固化胶进行UV弱固化、UV固化，UV弱固化、UV固化时间为0. Is 10s。所述步骤8)中光栅模具通过支撑辊实现紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚基材表面，支撑辊通过气缸控制与光栅模具间的压应力；光栅尺胚基材与光栅模具做同步平面运动的同步速度为0. 1 50m/min ；光栅模具辊压压应力为IOMPa 60MPa。本专利技术采用逆辊压印技术，将光栅模具上弱固化定型后的紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚上，由于光栅模具是辊筒形结构，其回转运行即可连续不断地生产长光栅尺。 此种方法对外部环境要求较低，仅需要对中央转印部分做高精度温度、湿度控制，并隔绝外部振动对其的干扰即可。因此设备总体成本较低，进而有效降低光栅尺成本。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。图1是本专利技术的示意图。图2是图IA部模具局部放大图。图3是模具填充UV固化胶及其固化过程示意图。图中1为光栅尺胚；2为等离子气；3为光栅模具；4为UV灯；5为网纹辊；6为刮刀；7为UV灯；8为托辊；9为支撑辊。具体实施例方式下面通过附图及具体实施实例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术的超长光栅尺逆辊压印成型方法的一种具体实施方式是通过下述步骤来实现的。该方法包括以下步骤第一步、光栅尺胚1表面处理选择金属带、陶瓷或玻璃作为光栅尺胚1基材，在尺胚表面进行等离子气处理；增大光栅尺胚1的表面能，以利于光栅模具3表面上微结构的转移；并控制光栅尺胚1不发生其它物理化学变化；第二步、制作光栅模具3 选择硬度较高的殷钢、M或者Cr作为光栅模具材料，采用激光刻蚀、机械刻划或电化学/化学腐蚀等微细加工方法制作表面有微结构的辊筒形光栅模具3，保证光栅模具3槽型完整、光滑，并且保证有相同的线宽(见图2所示)；本实施例选择光栅模具3长为IOOmm ；直径为Φ 100mm,表面均布栅线，栅线宽为 5 μ m,栅线间距为5 μ m,栅线深为1 μ m,保证栅线沿光栅模具圆周线均勻分布。上述光栅模具3的尺寸为本专利技术实施的一个较佳实施例，在本专利技术技术方案限定的光栅模具3长为50mm 300mm，直径为Φ50πιπι Φ500πιπι ；表面均布栅线，栅线宽为 IOOnm 500 μ m，栅线间距为IOOnm 500 μ m，栅线深< 100 μ m的范围内均可实施制作。第三步、网纹辊5表面滚胶在网纹辊5表面滚涂一层紫外光固化胶，网纹辊5的直径为Φ 100mm,线数为1400线/英寸，网纹辊5转动圆周线速度需与光栅模具3圆周线速度相同；第四步、使用刮刀6将网纹辊5表面多余胶料刮去，使用刮刀6控制带胶量；第五步、采用超声波雾化工艺，在光栅模具3表面涂覆一层脱模剂，以降低光栅模具3表面表面能，方便其转移；第六步、光栅模具3表面涂胶过程光栅模具3与网纹辊5相对转动，将网纹辊5 上的紫外光固化胶胶料转移并填充至光栅模具3沿圆周线分布的光栅栅线凹槽内(见图3 所示)；在网纹辊5与光栅模具3的相向转动过程中，控制接触力，使两者之间存在一定的压力，从而保证光栅模具3槽内填满紫外光固化胶(UV固化胶)；第七步、光栅模具3微结构定型将光栅模具3表面的紫外光固化胶进行UV弱固化；将填满UV固化胶的光栅模具3勻速通过UV灯4光区，保证其形状，控制模具的转速，通过调整UV灯4光源的功率和与辊筒形光栅模具3的间距，控制紫外光固化胶的固化程度， 以方便其转移到光栅尺胚1上。将光栅模具3槽内的光刻胶UV弱固化(见图3所示)；UV 弱固化时间为0. 5s, UV弱固化在0. Is IOs范围内均可实施；第八步、光栅模具3表面微结构转移过程将光栅尺胚1送在辊压系统上，光栅模具3与处理后光栅尺胚1接触，并在光栅尺胚1上施加一定的辊压力，压应力为30MPa，光栅模具3在电机动力下旋转，光栅模具3外周线速度为lm/min，光栅尺胚1随光栅模具3做同步平面运动，光栅模具3表面上经过初部固化的紫外光固化胶微结构转印至光栅尺胚1 上；本专利技术的技术方案中，在光栅尺胚1上施加辊压压应力在IOMPa 60MPa，光栅模具3外周线速度在0. 1 50m/min范围内均可实施。 此转移过程，光栅模具3通过支本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．机床用超长光栅尺逆辊压印成型方法，其特征在于，包括以下步骤：１）光栅尺胚表面处理：选择金属带、陶瓷或玻璃作为光栅尺胚，对尺胚表面进行等离子气处理；２）制作光栅模具：选择殷钢、Ｎｉ或者Ｃｒ作为光栅模具基材，采用激光刻蚀、机械刻划或电化学／化学腐蚀方法制作表面有微结构的辊筒形光栅模具；３）网纹辊表面滚胶：在网纹辊表面滚涂一层紫外光固化胶；４）使用刮刀将网纹辊表面多余胶料刮去；５）采用超声波雾化工艺，在光栅模具表面涂覆一层脱模剂；６）将光栅模具与网纹辊相对转动，将网纹辊上的紫外光固化胶胶料转移并填充至光栅模具沿圆周线分布的光栅栅线凹槽内；７）将光栅模具表面的紫外光固化胶进行ＵＶ弱固化；８）将光栅模具与处理后光栅尺胚接触，并对接触面加压，光栅模具在电机动力下旋转，光栅尺胚随光栅模具做同步平面运动，将光栅模具表面的紫外光固化胶微结构转移至光栅尺胚上；９）对转印后的光栅尺胚进行ＵＶ固化定型后，即完成光栅尺逆辊压印成型过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红忠，李烜，史永胜，尹磊，冯龙，杨俊，丁玉成，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87