CN114624957B - 一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，包括图像抓取单元、激光切割单元、上料单元、固定单元和纳米压印基片固定单元，图像抓取单元用于抓取基片的边缘；激光切割单元用于切割基片，将基片切割成补偿基片；上料单元位于激光切割单元和纳米压印基片固定单元之间，上料单元将切割好的补偿基片由固定单元转移至纳米压印基片固定单元；固定单元用于暂时固定基片和补偿基片，使激光切割单元对基片和补偿基片进行切割；纳米压印基片固定单元用于固定切割好的基片和补偿基片，并且将基片和补偿基片输送至压印处完成纳米压印动作使一台纳米压印设备同时适用于多种形状模具，满足多种需求，降低生产成本。

Description

一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置

技术领域

本发明涉及纳米压印技术领域，具体为一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置。

背景技术

纳米压印技术是利用纯机械复刻将模板上的微纳结构复刻到基底上，实现所需微纳结构的转移，该技术凭借其高分辨率、高效率及低成本的优点，提出以来引起了科学界的广泛关注，目前已广泛应用于高精密存储、光学、电子、太阳能电池、传感器等领域。

随着科技的发展，对纳米压印也提出了新的要求，纳米压印的模具不仅仅有圆形，还有了其他形状，例如长方形，正方形或其他不规则形状。

因此需要纳米压印设备需要同时适用于多种形状的模具为此提出一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，使纳米压印设备在适用于圆形基底的同时也可适用于其他形状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，包括图像抓取单元、激光切割单元、上料单元、固定单元和纳米压印基片固定单元；

所述的图像抓取单元用于抓取基片的边缘；

所述的激光切割单元用于切割基片，将基片切割成补偿基片；

所述的上料单元位于激光切割单元和纳米压印基片固定单元之间，上料单元将切割好的补偿基片由固定单元转移至纳米压印基片固定单元；

所述的固定单元用于暂时固定基片和补偿基片，使激光切割单元对基片和补偿基片进行切割；

所述的纳米压印基片固定单元用于固定切割好的基片和补偿基片，并且将基片和补偿基片输送至压印处完成纳米压印动作。

优选的，所述的图像抓取单元包括镜头，镜筒，旋转连接块，镜筒支撑杆，传动杆连接处a，滑移块a，滑轨a，第一滑移块；

第一滑移块带动图像抓取单元沿导轨方向移动；

第一滑移块上固定有滑轨a，滑移块a在导轨a上移动；

镜头固定在镜筒一端，镜筒固定在旋转连接块上；

旋转连接块通过镜筒支撑杆固定于滑移块a上；

传动杆连接处a设有螺纹。

优选的，所述的激光切割单元包括激光切割头，旋转连接块，支撑杆，传动杆连接处A，滑移块A，滑轨A，第二滑移块，导轨，连接杆；

固定单元的上方设有导轨；

导轨上设有第二滑移块，第二滑移块带动激光切割单元沿导轨方向移动；

第二滑移块固定有滑轨A，支撑杆与滑移块A连接，滑移块A带动激光切割头在滑轨A方向移动；

激光切割头通过旋转连接块与支撑杆连接；

传动杆连接处A设有螺纹；

连接杆通过传动杆连接处a和传动杆连接处A的螺纹与滑移块a和传动杆连接处A固定；

图像抓取单元和激光切割单元通过连接杆连接，激光切割单元跟随图像抓取单元在滑轨a和滑轨A上移动；

连接杆的长度固定，即滑轨a和滑轨A之间的距离保持不变；

激光切割单元跟随图像抓取单元在导轨上移动。

优选的，所述的上料单元位于激光切割单元和纳米压印基片固定单元之间；

上料单元包括机械手指，第三真空孔，固定螺栓，旋转块，滑移块，滑轨；

上料单元包括设于激光切割单元和纳米压印基片固定单元之间的滑轨，滑移块在滑轨上移动；

滑移块顶端设有旋转块，旋转块带动机械手指旋转，从而带动补偿基片旋转，从固定单元移动至纳米压印基片固定单元；

机械手指通过固定螺栓固定在旋转块上。

优选的，机械手指上设有第三真空孔，第三真空孔通过气管与真空泵连接，当补偿基片位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片。

优选的，机械手指的手指处设有不低于2个第三真空孔，第三真空孔通过气管与真空泵连接，吸附固定补偿基片并随机械手指旋转移动。

优选的，所述的固定单元分为两大部分，一部分是用于固定基片，包括第一台盘，第一真空孔，第一真空槽；

第一台盘固定于图像抓取单元的下方，第一台盘上表面刻有多组第一真空槽，第一真空槽槽内设有第一真空孔；

第一真空孔通过气管与真空泵连接，当基片位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片；

所述的固定单元的另一部分用于固定补偿基片，位于激光切割单元下方，包括第二台盘，第二真空孔，第二真空槽，第一顶针，第一顶针真空孔；

固定补偿基片的第二台盘表面设有第二真空槽，第二真空槽槽内设有第二真空孔；

第二真空孔通过气管与真空泵连接，当补偿基片位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片；

第二真空槽外设置有第一顶针。

优选的，所述的第一顶针中心设有第一顶针真空孔，当补偿基片位于顶针上时，第一顶针真空孔与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片并在Y轴方形上移动。

优选的，所述的纳米压印基片固定单元包括第三台盘，基片真空槽，补偿基片真空槽，第二顶针，第二顶针真空孔；

第三台盘固定纳米压印设备腔体内，固定基片和补偿基片完成纳米压印动作；

第三台盘表面中心设有多组圆形的基片真空槽，每组基片真空槽内设有一个第三真空孔；

基片真空槽用于固定基片；

基片真空槽外设有补偿基片真空槽用于吸附固定补偿基片；

补偿基片真空槽槽内设有第四真空孔。

优选的，所述的补偿基片真空槽外设有不低于2个的第二顶针，第二顶针升起接收上料单元转移的补偿基片；

第二顶针中心设有第二顶针真空孔，当补偿基片位于第二顶针上时，第二顶针真空孔与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片并在Y轴方形上移动；

第三真空孔，第四真空孔和第二顶针真空孔均通过气管与真空泵连接，当基片或补偿基片位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，使一台纳米压印设备同时适用于多种形状模具，满足多种需求，降低生产成本。

附图说明

图1纳米压印设备；

图2一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置结构示意图；

图3图像抓取单元和激光切割单元结构俯视图；

图4图像抓取单元侧视图；

图5激光切割单元结构侧视图；

图6上料单元俯视图；

图7固定单元4俯视图；

图8基片6结构示意图；

图9补偿基片7结构示意图；

图10制作补偿基片7流程图；

图11补偿基片7转移流程图。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，包括图像抓取单元1、激光切割单元2、上料单元3、固定单元4和纳米压印基片固定单元5，还包括待压印的基片6和补偿基片7，补偿基片7中部有空心区域71，所述的图像抓取单元1用于抓取基片6的边缘；

所述的激光切割单元2用于切割基片6，将基片6切割成补偿基片7；

所述的上料单元3位于激光切割单元2和纳米压印基片固定单元5之间，上料单元将切割好的补偿基片7由固定单元4转移至纳米压印基片固定单元5；

所述的固定单元4用于暂时固定基片6和补偿基片7，使激光切割单元2对基片6和补偿基片7进行切割；

所述的纳米压印基片固定单元5用于固定切割好的基片6和补偿基片7，并且将基片6和补偿基片7输送至压印处完成纳米压印动作。

所述的图像抓取单元1包括镜头11，镜筒12，旋转连接块13，镜筒支撑杆14，传动杆连接处a 15，滑移块a 16，滑轨a 17，第一滑移块18；

第一滑移块18带动图像抓取单元1沿导轨28方向移动；

第一滑移块18上固定有滑轨a 17，滑移块a 16在导轨a 17上移动；

镜头11固定在镜筒12一端，镜筒12固定在旋转连接块13上；

旋转连接块13通过镜筒支撑杆14固定于滑移块a 16上；

传动杆连接处a 15设有螺纹。

所述的激光切割单元2包括激光切割头21，旋转连接块22，支撑杆23，传动杆连接处A 24，滑移块A 25，滑轨A 26，第二滑移块27，导轨28，连接杆29；

固定单元4远离台盘的方向上方，设有导轨28；

导轨28上设有第二滑移块27，第二滑移块27带动激光切割单元2沿导轨28方向移动；

第二滑移块27固定有滑轨A 26，支撑杆23与滑移块A 25连接，滑移块A 25带动激光切割头21在滑轨A 26方向移动；

激光切割头21通过旋转连接块22与支撑杆23连接；

传动杆连接处A 24设有螺纹；

连接杆29通过传动杆连接处a15和传动杆连接处A 24的螺纹与滑移块a16和传动杆连接处A 25固定；

图像抓取单元1和激光切割单元2通过连接杆29连接，激光切割单元2跟随图像抓取单元1在滑轨a 17和滑轨A 26上移动；

连接杆29的长度固定，即滑轨a 17和滑轨A 26之间的距离保持不变；

激光切割单元2跟随图像抓取单元1在导轨28上移动。

所述的上料单元3位于激光切割单元2和纳米压印基片固定单元5之间；

上料单元3包括机械手指31，第三真空孔32，固定螺栓33，旋转块34，滑移块35，滑轨36；

上料单元3包括设于激光切割单元2和纳米压印基片固定单元5之间的滑轨36，滑移块35在滑轨36上移动；

滑移块35顶端设有旋转块34，旋转块34带动机械手指31旋转，从而带动补偿基片7旋转，从固定单元4移动至纳米压印基片固定单元5；

机械手指31通过固定螺栓33固定在旋转块34上。

机械手指31上设有第三真空孔32，第三真空孔32通过气管与真空泵连接，当补偿基片7位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片。

机械手指31的手指处设有不低于2个第三真空孔32，第三真空孔32通过气管与真空泵连接，吸附固定补偿基片7并随机械手指31旋转移动。

所述的固定单元4分为两大部分，一部分是用于固定基片6，包括第一台盘41，第一真空孔411，第一真空槽412；

第一台盘41固定于图像抓取单元1的下方，第一台盘41上表面刻有多组第一真空槽412，第一真空槽412槽内设有第一真空孔411；

第一真空孔411通过气管与真空泵连接，当基片6位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片6；

所述的固定单元4的另一部分用于固定补偿基片7，位于激光切割单元2下方，包括第二台盘42，第二真空孔421，第二真空槽422，第一顶针423，第一顶针真空孔424；

固定补偿基片7的第二台盘42表面设有第二真空槽422，第二真空槽422槽内设有第二真空孔421；

第二真空孔421通过气管与真空泵连接，当补偿基片7位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片；

第二真空槽422外设置有第一顶针423。

所述的第一顶针423中心设有第一顶针真空孔424，当补偿基片7位于顶针423上时，第一顶针真空孔424与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片7并在Y轴方形上移动。

所述的纳米压印基片固定单元5包括第三台盘51，基片真空槽52，补偿基片真空槽53，第二顶针54，第二顶针真空孔55；

第三台盘51固定纳米压印设备腔体内，固定基片6和补偿基片7完成纳米压印动作；

第三台盘51表面中心设有多组圆形的基片真空槽52，每组基片真空槽52内设有一个第三真空孔521；

基片真空槽52用于固定基片6；

基片真空槽52外设有补偿基片真空槽53用于吸附固定补偿基片7；

补偿基片真空槽53槽内设有第四真空孔531。

所述的补偿基片真空槽53外设有不低于2个的第二顶针54，第二顶针54升起接收上料单元3转移的补偿基片；

第二顶针54中心设有第二顶针真空孔55，当补偿基片7位于第二顶针54上时，第二顶针真空孔55与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片7并在Y轴方形上移动；

第三真空孔521，第四真空孔531和第二顶针真空孔55均通过气管与真空泵连接，当基片6或补偿基片7位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片6。

如图10，补偿基片7的制作过程如下：

S1：上料

将基片6放于固定单元4的第一台盘41上。基片6可以是圆形，方形以及其他任意形状。基片6置于第一台盘41上后，打开第一真空槽412的气路，在第一真空槽412内形成负压，将基片6固定。

将待切割的补偿基片7放在固定单元4的第二台盘42上，补偿基片7的面积大于基片6。补偿基片7放于第二台盘42上后，打开第二真空槽422，在真空槽422内形成负压，将补偿基片7固定。

S2：

滑移块a 16在滑轨a 17上向基片6方向移动，当移动至镜头11可拍摄到基片6的边缘时，例如边缘点a，相机开始识别基片6的边缘，从边缘点a点向边缘点b移动，并保证基片6的边缘始终位于视野的中心处。

S3：

固定在滑轨a 17和第二滑移块27之间的连接杆29的长度固定，故滑移块a 16和第二滑移块27之间的距离保持不变。滑移块a 16在滑轨a 17上移动，第二滑移块27跟随滑移块a 16在滑轨A 26上向相同方向移动，从d点向e点移动。

S4：

在第二滑移块27移动的过程中，激光切割头21随着第二滑移块27移动的过程中，将补偿基片7切割。

S5：

在滑移块a 16移动的过程中，始终保持基片6的边缘始终位于视野的中心处。当相机需要在X轴方向移动，才能保证基片6的边缘始终位于视野的中心处，例如基片6的b点到c点，滑移块18和27沿导轨28在X轴方向移动。

S6：

当镜头11沿基片6的边缘完成一周后，补偿基片7的切割完成。激光切割头21断电停止切割。

S7：复位

图像抓取单元1和激光切割单元2回到原点位置。

S8：

第二台盘42的第二真空槽422所连接的气路与真空泵断开，释放补偿基片7。固定单元4的第一顶针423中心的第一顶针真空孔424打开，固定补偿基片7，顶针升起，并带动补偿基片7向上移动，等待上料单元3取料。

中心与基片6形状相同的区域留在第二台盘42上。

如图11，补偿基片7转移过程如下：

S1：

激光切割单元2将补偿基片7切割完毕后，第一顶针423将补偿基片7顶起。

S2：

上料单元3的旋转块34带动机械手指向台盘42方向转动。滑移块35沿滑轨36向第二台盘42方向移动，使机械手指31移动到补偿基片下方，但未接触到补偿基片7的下表面。

S3：

机械手指31的第三真空孔32连接的气路打开，机械手指31向上移动，接触补偿基片7的下表面，并贴合在一起形成负压固定。

S4：

机械手指31取料后，滑移块35沿滑轨36向远离第二台盘42的方向移动一段距离，旋转块34带动机械手指向纳米压印基片固定单元5方向旋转。旋转完成后，滑移块36沿滑轨36向纳米压印基片固定单元5移动，将补偿基片7置于第三台盘51的上方。

S6：

第二顶针54升起，第二顶针54中心的第二顶针真空孔55所连接的真空气路打开。

S7：

机械手指31带动补偿基片7向下移动，并使补偿基片7的下表面与第二顶针54接触。关闭机械手指31真空孔32的真空气路。此时补偿基片7已固定在第二顶针54上。

S8：

机械手指31继续向下移动。滑移块36沿滑轨向远离纳米压印基片固定单元5的方向移动。旋转块34带动机械手指31回到原点位置。

S9：

第二顶针54带动补偿基片7向下移动。当补偿基片7接触第三台盘51后，断开第二顶针真空孔55与真空泵的连接。

S10：

打开补偿基片真空槽53与真空泵的连接，将补偿基片7固定在第三台盘51上。

S11：

将基片6放在补偿基片7的中心空心区域71，打开基片真空槽52与真空泵的真空气路，将基片6固定在第三台盘51的上表面。

通过一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，使一台只能压印圆形基片的纳米压印设备同时适用于多种形状模具，满足多种需求，降低生产成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，包括图像抓取单元(1)、激光切割单元(2)、上料单元(3)、固定单元(4)和纳米压印基片固定单元(5)，还包括待压印的基片(6)和补偿基片(7)，补偿基片(7)中部有空心区域(71)，其特征在于：所述的图像抓取单元(1)用于抓取基片(6)的边缘；所述的激光切割单元(2)用于切割基片(6)，将基片(6)切割成补偿基片(7)；所述的上料单元(3)位于激光切割单元(2)和纳米压印基片固定单元(5)之间，上料单元将切割好的补偿基片(7)由固定单元(4)转移至纳米压印基片固定单元(5)；所述的固定单元(4)用于暂时固定基片(6)和补偿基片(7)，使激光切割单元(2)对基片(6)和补偿基片(7)进行切割；所述的纳米压印基片固定单元(5)用于固定切割好的基片(6)和补偿基片(7)，并且将基片(6)和补偿基片(7)输送至压印处完成纳米压印动作；

所述的图像抓取单元(1)包括镜头(11)，镜筒(12)，旋转连接块一(13)，镜筒支撑杆(14)，传动杆连接处a(15)，滑移块a(16)，滑轨a(17)，第一滑移块(18)；第一滑移块(18)带动图像抓取单元(1)沿导轨(28)方向移动；第一滑移块(18)上固定有滑轨a(17)，滑移块a(16)在导轨a(17)上移动；镜头(11)固定在镜筒(12)一端，镜筒(12)固定在旋转连接块一(13)上；旋转连接块一(13)通过镜筒支撑杆(14)固定于滑移块a(16)上；传动杆连接处a(15)设有螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的激光切割单元(2)包括激光切割头(21)，旋转连接块二(22)，支撑杆(23)，传动杆连接处A(24)，滑移块A(25)，滑轨A(26)，第二滑移块(27)，导轨(28)，连接杆(29)；固定单元(4)上方设有导轨(28)；导轨(28)上设有第二滑移块(27)，第二滑移块(27)带动激光切割单元(2)沿导轨(28)方向移动；第二滑移块(27)固定有滑轨A(26)，支撑杆(23)与滑移块A(25)连接，滑移块A(25)带动激光切割头(21)在滑轨A(26)方向移动；激光切割头(21)通过旋转连接块二(22)与支撑杆(23)连接；传动杆连接处A(24)设有螺纹；连接杆(29)通过传动杆连接处a(15)和传动杆连接处A(24)的螺纹与滑移块a(16)和传动杆连接处A(25)固定；图像抓取单元(1)和激光切割单元(2)通过连接杆(29)连接，激光切割单元(2)跟随图像抓取单元(1)在滑轨a(17)和滑轨A(26)上移动；连接杆(29)的长度固定，即滑轨a(17)和滑轨A(26)之间的距离保持不变；激光切割单元(2)跟随图像抓取单元(1)在导轨(28)上移动。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的上料单元(3)位于激光切割单元(2)和纳米压印基片固定单元(5)之间；上料单元(3)包括机械手指(31)，第三真空孔(32)，固定螺栓(33)，旋转块(34)，滑移块(35)，滑轨(36)；上料单元(3)包括设于激光切割单元(2)和纳米压印基片固定单元(5)之间的滑轨(36)，滑移块(35)在滑轨(36)上移动；滑移块(35)顶端设有旋转块(34)，旋转块(34)带动机械手指(31)旋转，从而带动补偿基片(7)旋转，从固定单元(4)移动至纳米压印基片固定单元(5)；机械手指(31)通过固定螺栓(33)固定在旋转块(34)上。

4.根据权利要求3所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：机械手指(31)上设有第三真空孔(32)，第三真空孔(32)通过气管与真空泵连接，当补偿基片(7)位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片(6)。

5.根据权利要求4所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：机械手指(31)的手指处设有不低于2个第三真空孔(32)，第三真空孔(32)通过气管与真空泵连接，吸附固定补偿基片(7)并随机械手指(31)旋转移动。

6.根据权利要求5所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的固定单元(4)分为两大部分，一部分是用于固定基片(6)，包括第一台盘(41)，第一真空孔(411)，第一真空槽(412)；第一台盘(41)固定于图像抓取单元(1)的下方，第一台盘(41)上表面刻有多组第一真空槽(412)，第一真空槽(412)槽内设有第一真空孔(411)；第一真空孔(411)通过气管与真空泵连接，当基片(6)位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片(6)；所述的固定单元(4)的另一部分用于固定补偿基片(7)，位于激光切割单元(2)下方，包括第二台盘(42)，第二真空孔(421)，第二真空槽(422)，第一顶针(423)，第一顶针真空孔(424)；固定补偿基片(7)的第二台盘(42)表面设有第二真空槽(422)，第二真空槽(422)槽内设有第二真空孔(421)；第二真空孔(421)通过气管与真空泵连接，当补偿基片(7)位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片(6)；第二真空槽(422)外设置有第一顶针(423)。

7.根据权利要求6所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的第一顶针(423)中心设有第一顶针真空孔(424)，当补偿基片(7)位于顶针(423)上时，第一顶针真空孔(424)与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片(7)并在Y轴方形上移动。

8.根据权利要求7所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的纳米压印基片固定单元(5)包括第三台盘(51)，基片真空槽(52)，补偿基片真空槽(53)，第二顶针(54)，第二顶针真空孔(55)；第三台盘(51)固定纳米压印设备腔体内，固定基片(6)和补偿基片(7)完成纳米压印动作；第三台盘(51)表面中心设有多组圆形的基片真空槽(52)，每组基片真空槽(52)内设有一个第三真空孔(32)；基片真空槽(52)用于固定基片(6)；基片真空槽(52)外设有补偿基片真空槽(53)用于吸附固定补偿基片(7)；补偿基片真空槽(53)槽内设有第四真空孔(531)。

9.根据权利要求8所述的一种适用于多种形状模板的纳米压印辅助装置，其特征在于：所述的补偿基片真空槽(53)外设有不低于2个的第二顶针(54)，第二顶针(54)升起接收上料单元(3)转移的补偿基片；第二顶针(54)中心设有第二顶针真空孔(55)，当补偿基片(7)位于第二顶针(54)上时，第二顶针真空孔(55)与真空泵的气路打开，吸附固定补偿基片(7)并在Y轴方形上移动；第三真空孔(32)，第四真空孔(531)和第二顶针真空孔(55)均通过气管与真空泵连接，当基片(6)或补偿基片(7)位于其上表面时，打开气路可在气路内形成负压固定基片(6)。