一種便攜式光柵尺主尺刻畫器及其刻畫方法
【專利摘要】本發明公開了一種便攜式光柵尺主尺刻畫器及其刻畫方法，該刻畫器包括第一電磁鐵、支撐桿、精密注射泵、X軸直線導軌、Y軸直線導軌、控制系統、高壓直流電源、轉盤、伸縮系統以及第二電磁鐵，X軸直線導軌安裝在第一電磁鐵的正上方，轉盤固定在X軸直線導軌的正下方，Y軸直線導軌、伸縮系統及第二電磁鐵從上至下依次設置在轉盤的下方，第一電磁鐵上設有直槽，精密注射泵安裝在Y軸直線導軌上且下方設置有注射針頭，精密注射泵內裝有聚合物溶液，高壓直流電源的正極與注射針頭連接，負極接地。本發明可刻畫面積大，刻畫精度高，而且設計巧妙，結構簡單、體積小，可以拆卸和組裝，方便攜帶及移動，可廣泛應用于光柵尺的刻畫領域中。
【專利說明】—種便攜式光柵尺主尺刻畫器及其刻畫方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及光柵尺刻畫領域，特別是一種便攜式光柵尺主尺刻畫器及其刻畫方法。

【背景技術】
[0002]目前，利用光柵尺來進行位移測量的技術已經日益成熟，而且基于光柵尺的位移測量，不僅測量分辨率高，而且由于光柵尺能夠對被測系統進行全閉環控制，降低被測系統的形變等引起的誤差，測量精度高，在生產業、制造業的發展中有重要的地位。
[0003]目前刻畫光柵尺主尺的方法主要有兩種，分別是機械刻畫法和激光全息法。針對機械刻畫法，目前大多應用羅蘭研制的牛頭刨式，即固定式刀橋做往復運動，并使工作臺帶動光柵尺主尺按柵距做分度運動。我國長春光學精密機械研究所研制出的閉環控制滑座連續運動的光柵刻畫機，利用光電信號準確控制滑座的位移，提高光柵刻槽的直線性和刻畫精度。但是，高精度的運動導軌相當昂貴，在提高光柵刻槽密度的前提下，光柵刻畫成本居聞不下。
[0004]全息光刻又稱干涉光刻，其原理簡單，即兩相干光束相交時會產生一系列明暗交替的條紋，它們可用光敏材料例如光刻膠記錄并用于形成光柵刻槽，條紋間距由兩光束的夾角和波長確定。但是，好的光源價格相當昂貴，并且激光全息法存在柵線邊沿粗糙等問題。
[0005]而且這兩種光刻技術所采用的設備均造價昂貴，結構復雜且體積龐大，進行拆卸或移動后再次進行刻畫時，需要多次嘗試才能將設備調試到正常工作狀態，耗費較多人力物力。


【發明內容】

[0006]為了解決上述的技術問題，本發明的目的是提供一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，本發明的另一目的是提供一種便攜式光柵主尺刻畫器的刻畫方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，包括第一電磁鐵、支撐桿、精密注射泵、X軸直線導軌、Y軸直線導軌、控制系統、高壓直流電源、轉盤、伸縮系統以及第二電磁鐵，所述支撐桿將X軸直線導軌平行地安裝在第一電磁鐵的正上方，所述控制系統安裝在X軸直線導軌上，所述轉盤垂直地固定在X軸直線導軌的正下方，所述Y軸直線導軌、伸縮系統及第二電磁鐵從上至下依次設置在轉盤的下方，所述第一電磁鐵上設有直槽，所述第二電磁鐵伸入該直槽中且可在伸縮系統的控制下在該直槽中上下移動；
所述X軸直線導軌、Y軸直線導軌、高壓直流電源、轉盤及伸縮系統均與控制系統連接，所述精密注射泵垂直地安裝在Y軸直線導軌上且精密注射泵的下方設置有注射針頭，所述精密注射泵內裝有聚合物溶液，所述高壓直流電源的正極與注射針頭連接，負極接地。
[0008]進一步，所述注射針頭可在X軸直線導軌及Y軸直線導軌的帶動下刻畫出方波形狀的納米纖維運動軌跡。
[0009]進一步，所述第一電磁鐵可在通電后將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上，且待刻畫的光柵尺主尺安裝在所述的加工機床主軸或直線電機導軌上并位于刻畫器的注射針頭的下方。
[0010]進一步，所述刻畫器在加工機床主軸的內側底面或直線電機導軌的內側底面進行近場電紡。
[0011]進一步，所述控制系統采用ARM芯片。
[0012]進一步，所述第一電磁鐵的表面設有定位刻度。
[0013]本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是:
一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，包括:
將待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上，然后給第一電磁鐵通電后通過第一電磁鐵將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上并使得注射針頭位于光柵尺主尺的上方；
對注射針頭施加高壓直流電壓后，采用精密注射泵控制聚合物溶液從注射針頭中滲出，同時控制系統控制X軸直線導軌及Y軸直線導軌帶動注射針頭沿方波形狀的運動軌跡進行移動，使得滲出的聚合物溶液到達光柵尺主尺后形成方波形狀的納米纖維軌跡，實現光柵尺主尺的刻畫；
控制系統判斷X軸直線導軌是否移動到盡頭，若否，則繼續刻畫，若是，則將X軸直線導軌旋轉180度后繼續刻畫。
[0014]進一步，所述將X軸直線導軌旋轉180度后繼續刻畫的步驟，其具體為:
控制系統控制伸縮系統進行拉伸從而驅動第二電磁鐵下降并穿過第一電磁鐵的直槽后將刻畫器支撐起來，進而控制轉盤進行轉動從而帶動X軸直線導軌旋轉度，旋轉結束后控制伸縮系統進行收縮使得第二電磁鐵上升從而將刻畫器放下，繼續進行刻畫。
[0015]本發明的有益效果是:本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，包括第一電磁鐵、支撐桿、精密注射泵、X軸直線導軌、Y軸直線導軌、控制系統、高壓直流電源、轉盤、伸縮系統以及第二電磁鐵，支撐桿將X軸直線導軌平行地安裝在第一電磁鐵的正上方，控制系統安裝在X軸直線導軌上，轉盤垂直地固定在X軸直線導軌的正下方，Y軸直線導軌、伸縮系統及第二電磁鐵從上至下依次設置在轉盤的下方，第一電磁鐵上設有直槽，第二電磁鐵伸入該直槽中且可在伸縮系統的控制下在該直槽中上下移動，X軸直線導軌、Y軸直線導軌、高壓直流電源、轉盤及伸縮系統均與控制系統連接，精密注射泵垂直地安裝在Y軸直線導軌上且精密注射泵的下方設置有注射針頭，精密注射泵內裝有聚合物溶液，高壓直流電源的正極與注射針頭連接，負極接地。本刻畫器可刻畫面積大，刻畫精度高，而且設計巧妙，結構簡單、體積小，可以拆卸和組裝，方便攜帶及移動，可以實現對光柵尺主尺的實時實地刻畫，使用方便。
[0016]本發明的另一有益效果是:本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，包括:將待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上，然后給第一電磁鐵通電后通過第一電磁鐵將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上并使得注射針頭位于光柵尺主尺的上方；對注射針頭施加高壓直流電壓后，采用精密注射泵控制聚合物溶液從注射針頭中滲出，同時控制系統控制X軸直線導軌及Y軸直線導軌帶動注射針頭沿方波形狀的運動軌跡進行移動，使得滲出的聚合物溶液到達光柵尺主尺后形成方波形狀的納米纖維軌跡，實現光柵尺主尺的刻畫；控制系統判斷X軸直線導軌是否移動到盡頭，若否，則繼續刻畫，若是，則將X軸直線導軌旋轉180度后繼續刻畫。本方法可刻畫面積大，刻畫精度高，而且可以實現對光柵尺主尺的實時實地刻畫，使用方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0018]圖1是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的結構示意圖；
圖2是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的正視圖；
圖3是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的側視圖；
圖4是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器將X軸直線導軌4旋轉180度時的第一示意圖；
圖5是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器將X軸直線導軌4旋轉180度時的第二示意圖；
圖6是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器將X軸直線導軌4旋轉180度時的第三示意圖；
圖7是本發明的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器刻畫出的光柵尺主尺的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]參照圖1、圖2及圖3，本發明提供了一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，包括第一電磁鐵1、支撐桿2、精密注射泵3、X軸直線導軌4、Y軸直線導軌5、控制系統7、高壓直流電源8、轉盤9、伸縮系統10以及第二電磁鐵11，所述支撐桿2將X軸直線導軌4平行地安裝在第一電磁鐵I的正上方，所述控制系統7安裝在X軸直線導軌4上，所述轉盤9垂直地固定在X軸直線導軌4的正下方，所述Y軸直線導軌5、伸縮系統10及第二電磁鐵11從上至下依次設置在轉盤9的下方，所述第一電磁鐵I上設有直槽，所述第二電磁鐵11伸入該直槽中且可在伸縮系統10的控制下在該直槽中上下移動；
所述X軸直線導軌4、Y軸直線導軌5、高壓直流電源8、轉盤9及伸縮系統10均與控制系統7連接，所述精密注射泵3垂直地安裝在Y軸直線導軌5上且精密注射泵3的下方設置有注射針頭6，所述精密注射泵3內裝有聚合物溶液，所述高壓直流電源8的正極與注射針頭6連接,負極接地。
[0020]進一步作為優選的實施方式，所述注射針頭6可在X軸直線導軌4及Y軸直線導軌5的帶動下刻畫出方波形狀的納米纖維運動軌跡。
[0021]進一步作為優選的實施方式，所述第一電磁鐵I可在通電后將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上，且待刻畫的光柵尺主尺安裝在所述的加工機床主軸或直線電機導軌上并位于刻畫器的注射針頭6的下方。
[0022]進一步作為優選的實施方式，所述刻畫器在加工機床主軸的內側底面或直線電機導軌的內側底面進行近場電紡。
[0023]進一步作為優選的實施方式，所述控制系統7采用ARM芯片。
[0024]進一步作為優選的實施方式，所述第一電磁鐵I的表面設有定位刻度。
[0025]本發明還提供了一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，包括:
將待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上，然后給第一電磁鐵I通電后通過第一電磁鐵I將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上并使得注射針頭6位于光柵尺主尺的上方；
對注射針頭6施加高壓直流電壓后，采用精密注射泵3控制聚合物溶液從注射針頭6中滲出，同時控制系統7控制X軸直線導軌4及Y軸直線導軌5帶動注射針頭6沿方波形狀的運動軌跡進行移動，使得滲出的聚合物溶液到達光柵尺主尺后形成方波形狀的納米纖維軌跡，實現光柵尺主尺的刻畫；
控制系統7判斷X軸直線導軌4是否移動到盡頭，若否，則繼續刻畫，若是，則將X軸直線導軌4旋轉180度后繼續刻畫。
[0026]進一步作為優選的實施方式，參照圖Γ圖6，所述將X軸直線導軌4旋轉180度后繼續刻畫的步驟，其具體為:
控制系統7控制伸縮系統10進行拉伸從而驅動第二電磁鐵11下降并穿過第一電磁鐵I的直槽后將刻畫器支撐起來，進而控制轉盤9進行轉動從而帶動X軸直線導軌4旋轉180度，旋轉結束后控制伸縮系統10進行收縮使得第二電磁鐵11上升從而將刻畫器放下，繼續進行刻畫。
[0027]下面結合具體實施例對本發明做詳細說明。
[0028]實施例一
參照圖廣圖3，一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，包括第一電磁鐵1、支撐桿2、精密注射泵3、X軸直線導軌4、Y軸直線導軌5、控制系統7、高壓直流電源8、轉盤9、伸縮系統10以及第二電磁鐵11，支撐桿2將X軸直線導軌4平行地安裝在第一電磁鐵I的正上方，控制系統7安裝在X軸直線導軌4上，轉盤9垂直地固定在X軸直線導軌4的正下方，Y軸直線導軌5、伸縮系統10及第二電磁鐵11從上至下依次設置在轉盤9的下方，第一電磁鐵I上設有直槽，第二電磁鐵11伸入該直槽中且可在伸縮系統10的控制下在該直槽中上下移動；
X軸直線導軌4、Y軸直線導軌5、高壓直流電源8、轉盤9及伸縮系統10均與控制系統7連接，精密注射泵3垂直地安裝在Y軸直線導軌5上且精密注射泵3的下方設置有注射針頭6，精密注射泵3內裝有聚合物溶液，高壓直流電源8的正極與注射針頭6連接，負極接地。高壓直流電源8用于為注射針頭6提供高壓直流電壓，為靜電紡絲提供電場。控制系統7與高壓直流電源8連接，可以控制高壓直流電源8的電壓輸出。另外，控制系統7可以控制X軸直線導軌4沿X軸方向運動，控制Y軸直線導軌5沿Y軸方向運動。
[0029]注射針頭6可在X軸直線導軌4及Y軸直線導軌5的帶動下刻畫出方波形狀的納米纖維運動軌跡。此時，即控制系統7控制X軸直線導軌4沿X軸方向運動第一預設距離后暫停移動，然后控制Y軸直線導軌5沿Y軸方向運動第二預設距離暫停移動，重復這個運動過程，則可控制注射針頭6沿方波形狀的軌跡運動，運動過程中注射針頭6邊滲出聚合物溶液，在高壓直流電源8施加的電場下，注射針頭6即可刻畫出方波形狀的納米纖維運動軌跡。
[0030]第一電磁鐵I可在通電后將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上，且待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上并位于刻畫器的注射針頭6的下方。
[0031]圖Γ圖6展示了 X軸直線導軌4移動到盡頭時在轉盤9的帶動下旋轉180度的過程。第二電磁鐵11伸入第一電磁鐵I的直槽中且可在伸縮系統10的控制下在該直槽中上下移動，當X軸直線導軌4移動到盡頭時，控制系統7控制伸縮系統10進行拉伸從而驅動第二電磁鐵11下降并穿過第一電磁鐵I的直槽后將刻畫器支撐起來，進而控制轉盤9進行轉動從而帶動X軸直線導軌4旋轉180度，旋轉結束后控制伸縮系統10進行收縮使得第二電磁鐵11上升從而將刻畫器放下，繼續進行刻畫，使得X軸直線導軌4沿X軸方向又有足夠的運動行程，即本刻畫器可以自動進行延長刻畫。
[0032]轉盤9旋轉時Y軸直線導軌5不動，因此Y軸直線導軌5實際上是與伸縮系統10的上端面固定的，與轉盤9之間是活動連接的。
[0033]刻畫器在加工機床主軸的內側底面或直線電機導軌的內側底面進行近場電紡，圖1中的附圖標記12表示加工機床主軸或直線電機導軌，刻畫器在其內側底面進行近場電紡。圖1中的附圖標記13表示注射針頭6刻畫出的納米纖維絲，納米纖維絲13是不透光的，而加工機床主軸或直線電機導軌均是采用反光金屬，因此，反光金屬跟納米纖維絲13形成亮暗條紋，從而得到反射式的光柵尺主尺，刻畫出的光柵尺主尺如圖7中所示。
[0034]優選的，本實施例中控制系統7采用ARM芯片來實現。
[0035]第一電磁鐵I的表面設有定位刻度。
[0036]本發明的刻畫器結構簡單、體積小，可以拆卸和組裝，方便攜帶及移動，可以實現對光柵尺主尺的實時實地刻畫，而且可以直接將加工機床主軸或直線電機導軌作為光柵尺主尺的載體，不需要傳統技術中的玻璃片作為光柵尺主尺的載體，使用更加方便，生產及使用成本低。另外，本發明還可以實現光柵尺主尺的自動延長刻畫，無需多次進行人工定位，即可實現較大面積刻畫。還有，本發明采用近場電紡技術刻畫的方波形狀的納米纖維運動軌跡，柵線邊緣平滑，精度可以達到±5μπι，具有較高精度。
[0037]實施例二
實施例一的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，包括:
將待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上，然后給第一電磁鐵I通電后通過第一電磁鐵I將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上并使得注射針頭6位于光柵尺主尺的上方；
對注射針頭6施加高壓直流電壓后，采用精密注射泵3控制聚合物溶液從注射針頭6中滲出，同時控制系統7控制X軸直線導軌4及Y軸直線導軌5帶動注射針頭6沿方波形狀的運動軌跡進行移動，使得滲出的聚合物溶液到達光柵尺主尺后形成方波形狀的納米纖維軌跡，實現光柵尺主尺的刻畫；
控制系統7判斷X軸直線導軌4是否移動到盡頭，若否，則繼續刻畫，若是，則將X軸直線導軌4旋轉180度后繼續刻畫，具體為:
參照圖Γ圖6，控制系統7控制伸縮系統10進行拉伸從而驅動第二電磁鐵11下降并穿過第一電磁鐵I的直槽后將刻畫器支撐起來，進而控制轉盤9進行轉動從而帶動X軸直線導軌4旋轉180度，旋轉結束后控制伸縮系統10進行收縮使得第二電磁鐵11上升從而將刻畫器放下，繼續進行刻畫。
[0038]電紡絲技術最早由Fomalas在年提出，他發明了一種用靜電推力來產生聚合物細絲的設備，并申請了專利。隨后Taylor等人于年對靜電紡絲過程中帶電聚合物的變形提出了泰勒錐這一概念，直到上個世紀年代人們開始廣泛關注電紡絲技術。廈門大學的孫道恒教授等人提出近場電紡，令電紡針頭與收集裝置之間的距離大約為(TlOmm，使得靜電紡絲的過程更加容易控制，孫道恒教授等人已經成功紡織出來直徑為100ηπΓ3 μ m的納米纖維。
[0039]本發明中，采用的近場電紡技術的工作原理如下:聚合物溶液從注射針頭6的注射孔滲出之后，在高壓直流電源8施加的電場力的作用下，依附在小孔上的小液珠突破表面張力、黏力以及摩擦力的作用形成泰勒錐。高壓直流電源8施加的高電壓使注射針頭的聚合物溶液帶電，并產生射流。射流中的溶劑在射流到達機床的過程中揮發，使到達機床的纖維固化，形成納米纖維。近場電紡技術的具體原理還可參照現有技術文件做進一步了解，本發明不進行更詳細的描述。
[0040]以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，包括第一電磁鐵、支撐桿、精密注射泵、X軸直線導軌、Y軸直線導軌、控制系統、高壓直流電源、轉盤、伸縮系統以及第二電磁鐵，所述支撐桿將X軸直線導軌平行地安裝在第一電磁鐵的正上方，所述控制系統安裝在X軸直線導軌上，所述轉盤垂直地固定在X軸直線導軌的正下方，所述Y軸直線導軌、伸縮系統及第二電磁鐵從上至下依次設置在轉盤的下方，所述第一電磁鐵上設有直槽，所述第二電磁鐵伸入該直槽中且可在伸縮系統的控制下在該直槽中上下移動； 所述X軸直線導軌、Y軸直線導軌、高壓直流電源、轉盤及伸縮系統均與控制系統連接，所述精密注射泵垂直地安裝在Y軸直線導軌上且精密注射泵的下方設置有注射針頭，所述精密注射泵內裝有聚合物溶液，所述高壓直流電源的正極與注射針頭連接，負極接地。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，所述注射針頭可在X軸直線導軌及Y軸直線導軌的帶動下刻畫出方波形狀的納米纖維運動軌跡。
3.根據權利要求1所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，所述第一電磁鐵可在通電后將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上，且待刻畫的光柵尺主尺安裝在所述的加工機床主軸或直線電機導軌上并位于刻畫器的注射針頭的下方。
4.根據權利要求3所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，所述刻畫器在加工機床主軸的內側底面或直線電機導軌的內側底面進行近場電紡。
5.根據權利要求1所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，所述控制系統采用ARM芯片。
6.根據權利要求1所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器，其特征在于，所述第一電磁鐵的表面設有定位刻度。
7.一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，其特征在于，包括: 將待刻畫的光柵尺主尺安裝在加工機床主軸或直線電機導軌上，然后給第一電磁鐵通電后通過第一電磁鐵將刻畫器吸附在加工機床主軸或直線電機導軌上并使得注射針頭位于光柵尺主尺的上方； 對注射針頭施加高壓直流電壓后，采用精密注射泵控制聚合物溶液從注射針頭中滲出，同時控制系統控制X軸直線導軌及Y軸直線導軌帶動注射針頭沿方波形狀的運動軌跡進行移動，使得滲出的聚合物溶液到達光柵尺主尺后形成方波形狀的納米纖維軌跡，實現光柵尺主尺的刻畫； 控制系統判斷X軸直線導軌是否移動到盡頭，若否，則繼續刻畫，若是，則將X軸直線導軌旋轉180度后繼續刻畫。
8.根據權利要求7所述的一種便攜式光柵尺主尺刻畫器的刻畫方法，其特征在于，所述將X軸直線導軌旋轉180度后繼續刻畫的步驟，其具體為: 控制系統控制伸縮系統進行拉伸從而驅動第二電磁鐵下降并穿過第一電磁鐵的直槽后將刻畫器支撐起來，進而控制轉盤進行轉動從而帶動X軸直線導軌旋轉度，旋轉結束后控制伸縮系統進行收縮使得第二電磁鐵上升從而將刻畫器放下，繼續進行刻畫。
【文檔編號】G01B11/02GK104390596SQ201410636212
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】鄭俊威, 梁烽, 冼文飛, 王晗, 陳新度 申請人:廣東工業大學