本發(fā)明涉及一種使用激光干涉反饋的超長(zhǎng)金屬帶式光柵尺刻劃系統(tǒng)，主要涉及專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)b25手動(dòng)工具；輕便機(jī)動(dòng)工具；手動(dòng)器械的手柄；車(chē)間設(shè)備；機(jī)械手b25h車(chē)間設(shè)備，例如用于工件劃線(xiàn)；車(chē)間儲(chǔ)存設(shè)備b25h7/00工件劃線(xiàn)或放樣b25h7/04劃線(xiàn)裝置，例如劃線(xiàn)器。

背景技術(shù)：

金屬反射式光柵尺由于量程長(zhǎng)，精度高，靈活易用等優(yōu)點(diǎn)在需要進(jìn)行直線(xiàn)位移測(cè)量的設(shè)備上有著廣泛的應(yīng)用。但是如何快速、廉價(jià)的進(jìn)行生產(chǎn)是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

金屬反射式光柵尺的關(guān)鍵技術(shù)在于光柵的制造，需要在金屬帶上形成一條一條明暗交替的柵線(xiàn)，才能被讀數(shù)頭讀取。

選用高反射率材料的金屬，在金屬表面刻劃出一條條的暗線(xiàn)就可以形成明暗交替柵線(xiàn)。

光柵尺的制造方法可以分為刻劃法和光刻法，刻劃法制作金屬光柵尺可以使用激光對(duì)金屬直接進(jìn)行刻劃，但由于激光能量和金屬受熱變形的限制，刻劃一條光柵的線(xiàn)往往需要大功率的脈沖激光器進(jìn)行多次對(duì)金屬表面多次轟擊，這樣才能保證光柵線(xiàn)的刻劃深度，進(jìn)而保證金屬式光柵的精度,這樣的激光器往往價(jià)格很高，且對(duì)使用環(huán)境有著嚴(yán)苛的要求。光刻法刻劃光柵尺的精度更高，但是需要造價(jià)昂貴的光刻設(shè)備，且光柵尺的制造效率低，對(duì)環(huán)境要求更高。

光柵尺刻劃線(xiàn)的粗細(xì)，直接影響到光柵尺測(cè)量的精度，使用高品質(zhì)的脈沖激光，可以將光斑匯集很小，故可以用它來(lái)刻線(xiàn)。

脈沖激光作為激光的一種，可以用來(lái)對(duì)物體表面進(jìn)行刻劃、切割等處理，長(zhǎng)脈沖的激光切割金屬一般是靠激光的熱(物理)效應(yīng)；短脈沖激光切割金屬是靠高能量的瞬時(shí)脈沖破壞金屬的原子鍵即化學(xué)效應(yīng)。由于金屬的原子鍵相對(duì)穩(wěn)定，故需要很大的能量才能擊破，所以這樣的短脈沖激光器的功率都很高，所以?xún)r(jià)格貴，維護(hù)困難，對(duì)使用環(huán)境和光路的要求也很高。

在金屬上涂覆上一層有機(jī)物保護(hù)膜后，有機(jī)物可以保護(hù)金屬不被腐蝕，但是其分子鍵相對(duì)脆弱，只要使用相對(duì)功率較小的脈沖激光就可以被破壞掉。而且僅對(duì)金屬造成很小的熱影響，不易導(dǎo)致金屬變形，影響精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制的一種使用激光干涉反饋的超長(zhǎng)金屬帶式光柵尺刻劃系統(tǒng)，主要包括：

為金屬帶覆膜的覆膜單元，使用激光在覆膜金屬帶預(yù)設(shè)位置刻劃掉覆膜的激光蝕刻單元以及通過(guò)化學(xué)/電化學(xué)手段腐蝕掉覆膜金屬帶中被激光刻劃掉覆膜位置的金屬，最終形成光柵尺的金屬蝕刻單元，以及保證金屬帶依次經(jīng)過(guò)上述機(jī)構(gòu)的傳輸機(jī)構(gòu)。

為了滿(mǎn)足光柵尺制作的精度要求，激光蝕刻單元中設(shè)有夾持金屬帶沿工作方向運(yùn)動(dòng)的夾持模塊，該模塊作為金屬帶主要的前進(jìn)動(dòng)力源。同時(shí)為了保證能夠高精度的測(cè)量夾持模塊的運(yùn)動(dòng)距離，以使得運(yùn)動(dòng)距離和光柵刻劃位置精確對(duì)應(yīng)，激光蝕刻單元中還設(shè)有激光干涉測(cè)量模塊和輸出激光的激光模塊。

夾持模塊在本發(fā)明中，主要提供精確定位，即控制金屬帶的精確運(yùn)動(dòng)，在可選的實(shí)施例中，本裝置的后續(xù)工藝流程還可能根據(jù)實(shí)際工況設(shè)有鋼帶/金屬帶收集單元，作為金屬帶/鋼帶前進(jìn)的另一部分動(dòng)力。

工作時(shí)，待刻劃的金屬帶在傳輸機(jī)構(gòu)的作用下首先進(jìn)入所述覆膜單元中的覆膜池中鍍膜。

鍍膜后的金屬帶進(jìn)入所述的激光蝕刻單元，由該蝕刻單元中的夾持模塊夾持固定，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，所述的激光干涉測(cè)量模塊獲得精確運(yùn)動(dòng)的距離；當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離到達(dá)預(yù)定刻劃位置時(shí)，夾持模塊停止運(yùn)動(dòng)，激光模塊在預(yù)定刻劃位置蝕刻掉鍍膜，激光刻劃完成后，夾持模塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入所述的金屬蝕刻單元，對(duì)激光刻劃位置，缺少鍍膜保護(hù)的金屬帶進(jìn)行腐蝕，完成當(dāng)前長(zhǎng)度段的光柵尺刻劃。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的夾持模塊為相對(duì)設(shè)置的兩夾送輥，使得在夾持運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠保護(hù)鍍膜金屬帶不受到損傷。而且所述的夾送輥和抱閘方案可以使夾送輥輥在送鋼帶和輥?zhàn)陨砘赝藭r(shí)，不產(chǎn)生上下、左右等其它夾持裝置產(chǎn)生的額外震動(dòng)，不產(chǎn)生額外的精度影響。

更進(jìn)一步的，由于激光輸出模塊不宜進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)由于系統(tǒng)本身的尺寸考慮，激光刻劃只能分段進(jìn)行，這也是超長(zhǎng)金屬帶刻劃過(guò)程中必須面對(duì)的情況。故作為優(yōu)選的實(shí)施方式，夾持模塊(或前述的夾送輥)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使用直線(xiàn)電機(jī)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)即可。

作為其它可選的實(shí)施實(shí)例，也可選擇更為復(fù)雜的環(huán)形(跑道型)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使得夾持模塊(夾送輥)做圓周運(yùn)動(dòng)，此種方案下，由于不需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可不采用前述的夾送輥，可考慮其它固定式(不帶有活動(dòng)部件)的夾具。

采用夾持輥配合往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方案，即夾持模塊在夾持金屬帶進(jìn)行當(dāng)前長(zhǎng)度段激光過(guò)程中，夾送輥抱死；完成當(dāng)前長(zhǎng)度段刻劃后，夾送輥松開(kāi)，夾持模塊恢復(fù)至初始位置。

為了保證刻劃精度，需要保證金屬帶的運(yùn)動(dòng)平面和激光輸出模塊輸出的激光線(xiàn)/束所在平面相互垂直。故作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的激光蝕刻單元還設(shè)有蝕刻過(guò)程中保持金屬帶處于水平的至少兩組保證激光蝕刻過(guò)程中拉伸所述金屬帶，使金屬帶沿水平面運(yùn)動(dòng)的夾緊輥組。

作為較佳的實(shí)施方式，兩夾緊輥組可采用電控和電動(dòng)設(shè)備保持適度的拉伸，以保證金屬帶始終在水平面運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的覆膜單元包括一鍍膜液槽，所述金屬帶進(jìn)入鍍膜液槽，進(jìn)行鍍膜。

作為可選的實(shí)施例，僅表明本發(fā)明公開(kāi)充分的目的，鍍膜液可采用紫外固化膠。相應(yīng)的，蝕刻液可依據(jù)紫外固化膠的種類(lèi)不同，而選擇酸性或者堿性的蝕刻液。

更進(jìn)一步的，鍍膜后的金屬帶依次經(jīng)過(guò)刮除模塊和固化模塊，刮除多余的鍍膜液并固化鍍膜后，進(jìn)入所述的激光蝕刻單元。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的金屬蝕刻單元具有金屬帶腐蝕槽，經(jīng)過(guò)激光蝕刻的金屬帶進(jìn)入該金屬帶腐蝕槽，由激光刻劃后不具有保護(hù)膜的位置接觸腐蝕液，形成一定深度。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，系統(tǒng)還具有去膜單元，該單元具有去膜液槽；經(jīng)過(guò)金屬帶腐蝕槽的金屬帶進(jìn)入所述的去膜液槽中除去剩余的鍍膜。

為了減少系統(tǒng)的實(shí)際尺寸，同時(shí)為了保證金屬帶能夠在上述的鍍膜液槽、金屬帶腐蝕槽和去膜液槽停留足夠的時(shí)間，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，金屬帶采用曲折前進(jìn)的方式經(jīng)過(guò)上述的的液槽，即可在液槽中和液槽上方分別的變向輥。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明為一種使用激光干涉反饋的金屬帶式光柵尺的刻劃系統(tǒng)，是激光刻劃和化學(xué)蝕刻這兩種方法的結(jié)合。本發(fā)明使用激光刻劃金屬帶表面的有機(jī)保護(hù)膜，在有機(jī)保護(hù)膜上刻?hào)啪€(xiàn)，由于使用激光去除保護(hù)膜，再同過(guò)腐蝕液將金屬表面去掉保護(hù)膜的地方腐蝕掉，形成柵線(xiàn)激光所要求的能量相對(duì)較低。

本發(fā)明的位移基準(zhǔn)使用激光干涉儀作為反饋，激光干涉儀的精度可以達(dá)到±0.5ppm，使用該位移基準(zhǔn)，整體刻劃出線(xiàn)的精度每米可達(dá)±1um。在實(shí)際作業(yè)時(shí)。先采用液體涂覆表面，再固化的方式獲得，所以將金屬基材的表面涂覆保護(hù)液，多余的保護(hù)液需要經(jīng)過(guò)刮刀刮掉并進(jìn)行整平。進(jìn)行固化，固化時(shí)間可以通過(guò)光強(qiáng)和金屬帶傳送速度進(jìn)行調(diào)整，從而得到牢固保護(hù)層，保護(hù)層用來(lái)在后續(xù)蝕刻中，保護(hù)金屬不被腐蝕，并在后續(xù)的工藝中去掉。

將金屬帶傳送到激光蝕刻區(qū)域，激光蝕刻區(qū)域的反饋由激光干涉儀組成，此時(shí)有一個(gè)反復(fù)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它可以帶動(dòng)金屬帶移動(dòng)，每移動(dòng)一定距離，激光器就被觸發(fā)一次，每次觸發(fā)就會(huì)把金屬帶的保護(hù)膜蝕刻出一條線(xiàn)。該機(jī)構(gòu)移動(dòng)一段距離后，金屬帶被鎖緊裝置鎖定，該機(jī)構(gòu)自己返回初始點(diǎn)，重復(fù)開(kāi)始刻線(xiàn)。

將金屬帶傳送的腐蝕液中，此時(shí)在第三部中被去掉保護(hù)膜的金屬表面就會(huì)和腐蝕液接觸，從而被腐蝕出一條條完整的刻線(xiàn)。將刻蝕好的金屬帶去除保護(hù)膜，整體刻蝕成功。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明覆膜單元示意圖。

圖3為本發(fā)明激光蝕刻單元示意圖。

圖4為激光刻線(xiàn)部分另一角度示意圖。

圖5為激光刻線(xiàn)細(xì)節(jié)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：

如圖1-5所示：一種使用激光干涉反饋的超長(zhǎng)金屬帶式光柵尺刻劃系統(tǒng)，

按工作流程依次包括：

覆膜單元1001、激光蝕刻單元1002、金屬蝕刻單元1003、去膜單元1004以及保證金屬帶1依次經(jīng)過(guò)上述單元的傳輸機(jī)構(gòu)(傳輸機(jī)構(gòu)主要為多個(gè)導(dǎo)向輥或者說(shuō)換向輥，固定導(dǎo)向輥的部分，在圖示中以整體的側(cè)壁表示，在實(shí)際使用過(guò)程中也可采用框架，支架等結(jié)構(gòu))。

超長(zhǎng)金屬帶1首先沿工作方向2001進(jìn)入系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輥501的第一次換向，進(jìn)入鍍膜液槽21中完成鍍膜，鍍膜后，經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輥502的第二次換向開(kāi)始向?qū)蜉?03運(yùn)動(dòng)，即開(kāi)始離開(kāi)鍍膜液槽21，向?qū)蜉?03運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)向輥502和導(dǎo)向輥503之間的路徑上，還設(shè)有兩相對(duì)設(shè)置的刮刀31，分別刮除金屬帶1兩面附著的過(guò)厚的鍍膜液，在刮刀31后面(如圖1所示斜上方)還設(shè)有固化燈41，同樣是相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)固化燈41分別固化金屬帶1兩面的鍍膜液，使之形成穩(wěn)定的固態(tài)鍍膜。

所述的刮刀角度和具體材質(zhì)，與實(shí)際采用的具體工藝、鍍膜厚度以及要求的去膜效果有關(guān)。

經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輥503的變向后，金屬帶1沿圖示方向向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入激光蝕刻單元1002。

如圖1、3所示，金屬帶1經(jīng)由輥504、輥505的變向后，進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)輥508和輥509變相后離開(kāi)激光蝕刻單元。

在水平運(yùn)動(dòng)段，設(shè)有相對(duì)設(shè)置的夾持輥506和夾持輥507，夾持金屬帶沿圖示右至左的方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)夾持輥506和507內(nèi)部抱閘抱死，保證夾持效果。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，激光干涉儀7實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置，即金屬帶的運(yùn)動(dòng)位置，同時(shí)把位置數(shù)據(jù)傳送給控制器9。

圖3中71是光束，激光干涉的發(fā)射激光，和返回的激光，用來(lái)測(cè)量移動(dòng)位移的。

如圖5所示，固定所述夾持輥506和507的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)81從右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器9根據(jù)金屬帶要?jiǎng)澗€(xiàn)的間距，每當(dāng)讀取到激光干涉儀測(cè)量的金屬帶移動(dòng)距離合適時(shí)，控制器8輸出給激光器10信號(hào)，激光通過(guò)在振鏡6輸出，將金屬帶上保護(hù)膜刻劃掉，刻劃出條形的線(xiàn)11。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，可分別制作增量式光柵尺，只需間隔均勻的的刻劃，也可制作絕對(duì)值式光柵尺，可以采用編碼刻劃的形式。

激光刻劃完成后的金屬帶1向變向輥510運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)變向輥510變向后進(jìn)入金屬帶腐蝕槽22，對(duì)經(jīng)過(guò)激光刻劃去鍍膜的金屬帶部分進(jìn)行腐蝕，形成光柵尺。

金屬帶腐蝕槽22腐蝕后的金屬帶1離開(kāi)腐蝕槽，經(jīng)過(guò)變向輥510變向后進(jìn)入去膜液槽31，去除金屬帶1其它部位的鍍膜(非蝕刻部位的鍍膜)，最終形成光柵金屬帶。

經(jīng)過(guò)變向輥514的變相后離開(kāi)去膜液槽31經(jīng)過(guò)變向輥512變相后離開(kāi)系統(tǒng)，進(jìn)入下一工作流程。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。