一种使用激光干涉反馈的超长金属带式光栅尺刻划系统的制作方法

本发明涉及一种使用激光干涉反馈的超长金属带式光栅尺刻划系统，主要涉及专利分类号b25手动工具；轻便机动工具；手动器械的手柄；车间设备；机械手b25h车间设备，例如用于工件划线；车间储存设备b25h7/00工件划线或放样b25h7/04划线装置，例如划线器。

背景技术：

金属反射式光栅尺由于量程长，精度高，灵活易用等优点在需要进行直线位移测量的设备上有着广泛的应用。但是如何快速、廉价的进行生产是一个需要解决的问题。

金属反射式光栅尺的关键技术在于光栅的制造，需要在金属带上形成一条一条明暗交替的栅线，才能被读数头读取。

选用高反射率材料的金属，在金属表面刻划出一条条的暗线就可以形成明暗交替栅线。

光栅尺的制造方法可以分为刻划法和光刻法，刻划法制作金属光栅尺可以使用激光对金属直接进行刻划，但由于激光能量和金属受热变形的限制，刻划一条光栅的线往往需要大功率的脉冲激光器进行多次对金属表面多次轰击，这样才能保证光栅线的刻划深度，进而保证金属式光栅的精度,这样的激光器往往价格很高，且对使用环境有着严苛的要求。光刻法刻划光栅尺的精度更高，但是需要造价昂贵的光刻设备，且光栅尺的制造效率低，对环境要求更高。

光栅尺刻划线的粗细，直接影响到光栅尺测量的精度，使用高品质的脉冲激光，可以将光斑汇集很小，故可以用它来刻线。

脉冲激光作为激光的一种，可以用来对物体表面进行刻划、切割等处理，长脉冲的激光切割金属一般是靠激光的热(物理)效应；短脉冲激光切割金属是靠高能量的瞬时脉冲破坏金属的原子键即化学效应。由于金属的原子键相对稳定，故需要很大的能量才能击破，所以这样的短脉冲激光器的功率都很高，所以价格贵，维护困难，对使用环境和光路的要求也很高。

在金属上涂覆上一层有机物保护膜后，有机物可以保护金属不被腐蚀，但是其分子键相对脆弱，只要使用相对功率较小的脉冲激光就可以被破坏掉。而且仅对金属造成很小的热影响，不易导致金属变形，影响精度。

技术实现要素：

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种使用激光干涉反馈的超长金属带式光栅尺刻划系统，主要包括：

为金属带覆膜的覆膜单元，使用激光在覆膜金属带预设位置刻划掉覆膜的激光蚀刻单元以及通过化学/电化学手段腐蚀掉覆膜金属带中被激光刻划掉覆膜位置的金属，最终形成光栅尺的金属蚀刻单元，以及保证金属带依次经过上述机构的传输机构。

为了满足光栅尺制作的精度要求，激光蚀刻单元中设有夹持金属带沿工作方向运动的夹持模块，该模块作为金属带主要的前进动力源。同时为了保证能够高精度的测量夹持模块的运动距离，以使得运动距离和光栅刻划位置精确对应，激光蚀刻单元中还设有激光干涉测量模块和输出激光的激光模块。

夹持模块在本发明中，主要提供精确定位，即控制金属带的精确运动，在可选的实施例中，本装置的后续工艺流程还可能根据实际工况设有钢带/金属带收集单元，作为金属带/钢带前进的另一部分动力。

工作时，待刻划的金属带在传输机构的作用下首先进入所述覆膜单元中的覆膜池中镀膜。

镀膜后的金属带进入所述的激光蚀刻单元，由该蚀刻单元中的夹持模块夹持固定，开始运动，所述的激光干涉测量模块获得精确运动的距离；当运动距离到达预定刻划位置时，夹持模块停止运动，激光模块在预定刻划位置蚀刻掉镀膜，激光刻划完成后，夹持模块继续运动，进入所述的金属蚀刻单元，对激光刻划位置，缺少镀膜保护的金属带进行腐蚀，完成当前长度段的光栅尺刻划。

作为优选的实施方式，所述的夹持模块为相对设置的两夹送辊，使得在夹持运动过程中能够保护镀膜金属带不受到损伤。而且所述的夹送辊和抱闸方案可以使夹送辊辊在送钢带和辊自身回退时，不产生上下、左右等其它夹持装置产生的额外震动，不产生额外的精度影响。

更进一步的，由于激光输出模块不宜进行移动，同时由于系统本身的尺寸考虑，激光刻划只能分段进行，这也是超长金属带刻划过程中必须面对的情况。故作为优选的实施方式，夹持模块(或前述的夹送辊)进行往复运动，使用直线电机和往复运动的运动平台即可。

作为其它可选的实施实例，也可选择更为复杂的环形(跑道型)运动平台，使得夹持模块(夹送辊)做圆周运动，此种方案下，由于不需要往复运动，可不采用前述的夹送辊，可考虑其它固定式(不带有活动部件)的夹具。

采用夹持辊配合往复运动的方案，即夹持模块在夹持金属带进行当前长度段激光过程中，夹送辊抱死；完成当前长度段刻划后，夹送辊松开，夹持模块恢复至初始位置。

为了保证刻划精度，需要保证金属带的运动平面和激光输出模块输出的激光线/束所在平面相互垂直。故作为优选的实施方式，所述的激光蚀刻单元还设有蚀刻过程中保持金属带处于水平的至少两组保证激光蚀刻过程中拉伸所述金属带，使金属带沿水平面运动的夹紧辊组。

作为较佳的实施方式，两夹紧辊组可采用电控和电动设备保持适度的拉伸，以保证金属带始终在水平面运动。

作为优选的实施方式，所述的覆膜单元包括一镀膜液槽，所述金属带进入镀膜液槽，进行镀膜。

作为可选的实施例，仅表明本发明公开充分的目的，镀膜液可采用紫外固化胶。相应的，蚀刻液可依据紫外固化胶的种类不同，而选择酸性或者碱性的蚀刻液。

更进一步的，镀膜后的金属带依次经过刮除模块和固化模块，刮除多余的镀膜液并固化镀膜后，进入所述的激光蚀刻单元。

作为优选的实施方式，所述的金属蚀刻单元具有金属带腐蚀槽，经过激光蚀刻的金属带进入该金属带腐蚀槽，由激光刻划后不具有保护膜的位置接触腐蚀液，形成一定深度。

作为优选的实施方式，系统还具有去膜单元，该单元具有去膜液槽；经过金属带腐蚀槽的金属带进入所述的去膜液槽中除去剩余的镀膜。

为了减少系统的实际尺寸，同时为了保证金属带能够在上述的镀膜液槽、金属带腐蚀槽和去膜液槽停留足够的时间，作为优选的实施方式，金属带采用曲折前进的方式经过上述的的液槽，即可在液槽中和液槽上方分别的变向辊。

通过采用上述技术方案，本发明为一种使用激光干涉反馈的金属带式光栅尺的刻划系统，是激光刻划和化学蚀刻这两种方法的结合。本发明使用激光刻划金属带表面的有机保护膜，在有机保护膜上刻栅线，由于使用激光去除保护膜，再同过腐蚀液将金属表面去掉保护膜的地方腐蚀掉，形成栅线激光所要求的能量相对较低。

本发明的位移基准使用激光干涉仪作为反馈，激光干涉仪的精度可以达到±0.5ppm，使用该位移基准，整体刻划出线的精度每米可达±1um。在实际作业时。先采用液体涂覆表面，再固化的方式获得，所以将金属基材的表面涂覆保护液，多余的保护液需要经过刮刀刮掉并进行整平。进行固化，固化时间可以通过光强和金属带传送速度进行调整，从而得到牢固保护层，保护层用来在后续蚀刻中，保护金属不被腐蚀，并在后续的工艺中去掉。

将金属带传送到激光蚀刻区域，激光蚀刻区域的反馈由激光干涉仪组成，此时有一个反复移动的机构，它可以带动金属带移动，每移动一定距离，激光器就被触发一次，每次触发就会把金属带的保护膜蚀刻出一条线。该机构移动一段距离后，金属带被锁紧装置锁定，该机构自己返回初始点，重复开始刻线。

将金属带传送的腐蚀液中，此时在第三部中被去掉保护膜的金属表面就会和腐蚀液接触，从而被腐蚀出一条条完整的刻线。将刻蚀好的金属带去除保护膜，整体刻蚀成功。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明覆膜单元示意图。

图3为本发明激光蚀刻单元示意图。

图4为激光刻线部分另一角度示意图。

图5为激光刻线细节图。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-5所示：一种使用激光干涉反馈的超长金属带式光栅尺刻划系统，

按工作流程依次包括：

覆膜单元1001、激光蚀刻单元1002、金属蚀刻单元1003、去膜单元1004以及保证金属带1依次经过上述单元的传输机构(传输机构主要为多个导向辊或者说换向辊，固定导向辊的部分，在图示中以整体的侧壁表示，在实际使用过程中也可采用框架，支架等结构)。

超长金属带1首先沿工作方向2001进入系统，首先经过导向辊501的第一次换向，进入镀膜液槽21中完成镀膜，镀膜后，经过导向辊502的第二次换向开始向导向辊503运动，即开始离开镀膜液槽21，向导向辊203运动，在导向辊502和导向辊503之间的路径上，还设有两相对设置的刮刀31，分别刮除金属带1两面附着的过厚的镀膜液，在刮刀31后面(如图1所示斜上方)还设有固化灯41，同样是相对设置的两个固化灯41分别固化金属带1两面的镀膜液，使之形成稳定的固态镀膜。

所述的刮刀角度和具体材质，与实际采用的具体工艺、镀膜厚度以及要求的去膜效果有关。

经过导向辊503的变向后，金属带1沿图示方向向下运动进入激光蚀刻单元1002。

如图1、3所示，金属带1经由辊504、辊505的变向后，进行水平运动，经过辊508和辊509变相后离开激光蚀刻单元。

在水平运动段，设有相对设置的夹持辊506和夹持辊507，夹持金属带沿图示右至左的方向运动，此时夹持辊506和507内部抱闸抱死，保证夹持效果。在运动过程中，激光干涉仪7实时测量运动平台的位置，即金属带的运动位置，同时把位置数据传送给控制器9。

图3中71是光束，激光干涉的发射激光，和返回的激光，用来测量移动位移的。

如图5所示，固定所述夹持辊506和507的运动平台81从右向左运动时，控制器9根据金属带要划线的间距，每当读取到激光干涉仪测量的金属带移动距离合适时，控制器8输出给激光器10信号，激光通过在振镜6输出，将金属带上保护膜刻划掉，刻划出条形的线11。

作为优选的实施方式，可分别制作增量式光栅尺，只需间隔均匀的的刻划，也可制作绝对值式光栅尺，可以采用编码刻划的形式。

激光刻划完成后的金属带1向变向辊510运动，经过变向辊510变向后进入金属带腐蚀槽22，对经过激光刻划去镀膜的金属带部分进行腐蚀，形成光栅尺。

金属带腐蚀槽22腐蚀后的金属带1离开腐蚀槽，经过变向辊510变向后进入去膜液槽31，去除金属带1其它部位的镀膜(非蚀刻部位的镀膜)，最终形成光栅金属带。

经过变向辊514的变相后离开去膜液槽31经过变向辊512变相后离开系统，进入下一工作流程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。