CS215955B1 - Způsob výroby přesných inkrementálních měřítek - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby přesných inkrementálních měřítek, zejména pro elektrooptické měření délek.

Vývoj řízení obráběcích strojů, sestavování automaticky řízených obráběcích center, jakož i další požadavky na numerická řízení v ostatních oblastech techniky vyžadují rozsáhlý rozvoj NC systémů. Nezbytnou součástí těchto systémů jsou odměřovací systémy,sloužící k převodu geometrických veličin, např. u obráběcích strojů posuvu v jednotlivých souřadnicích na číslicový výstup. Kromě systémů, využívajících elektromagnetických principů, např. induktosyn, se používá především měřidel, založených na elektrooptickém principu.

Základním elektrooptickým prvkem elektrooptických odečítačů délek jsou inkrementální měřítka, nazývaná též rastrovými měřítky. Jsou to v podstatě destičky z opticky propustného materiálu, opatřené vrstvou nepropouštějící světlo, zpravidla z vakuově napařeného kovu, v této vrstvě jsou vytvořena opticky propustná políčka, jejichž hustota dosahuje až 100 čar/mm a jejichž šířka, jakož i mezera mezi nimi obnáší 5 yum.

Při použití dvojice těchto měřítek, z nichž jedno je uspořádáno pevně a druhé je vůči němu uspořádáno pohyblivě ve směru měřeni, dochází vzájemným vykrý-áním světlých políček k periodické změně optické propustnosti soustavy. Tato změna propustnosti je fotoelektricky snímána, buď přímo, nebo metodou Moiréových proužků. Jedna změna periody optické propustnosti přitom odpovídá posunutí měřítka o jednu periodu dělení, a slouží tedy k převedení délkového posunutí měřítka na pulsní číselně zpracovatelný elektrický výstup.

Až dosud se tato měřítka vyrábějí technologickým způsobem skládajícím se ze tří hlavních kroků ; zhotovení originální matrice, zhotovení výrobní matrice a výroba vlastního měřítka.

215 955

-2Originální matriceae vyrábí například rytím diamantovým hrotem do kovové vrstvy, vakuově napařené, popřípadě chemicky nanesené na opticky propustné podložce, například skleněné apod. Kovová vrstva_e zpravidla vakuově napařená, bývá obvykle z čisté mědi a její tloušťka činí coa 1 000 A.

Z této originální matrice se vyrobí výrobní matrice, sloužící k přenosu přesně definované kresby z originální matrice, mechanicky méně odolné, na vlastní měřítko. Výrobní matrice vykazuje oproti originální matrici mnohem vyšší mechanickou odolnost, jelikož její kovová vrstva, nanesená na opticky propustnou podložku, je tvořena vrstvou chrómu o tloušťce mezi cca 800 až 1 200 ft. Svou vysokou mechanickou odolností umožňuje výrobní matrice výrobu většího počtu měřítek z jedné originální matrice. Kresba je z originální matrice přenášena do chrómové vrstvy výrobní matrice fotochemicky pomocí fotorezistu. Potorezist se nanáší na podložku s chrómovou vrstvou, vysuší a kontaktně se vykopíruje z originální matrice kresba kolimovaným světlem v ultrafialové oblasti, vyvolá, zasuší a chemicky vyleptá, načež se zbytek fotorezistu odstraní. Výsledkem popsaného procesu je výrobní matrice.

Stejným způsobem, tj.nanesením chrómové vrstvy v tloušťce cca 800 až 1 200 ft, zpravidla vakuovým napařením, nanesením vrstvy fotorezistu na chrómovou vrstvu, vysušením fotorezistové vrstvy, kontaktním vykopírováním kresby z originální matrice kolimovaným světlem v ultrafialové oblasti, vyvoláním, zasušením a chemickým vyleptáním s následným odstraněním zbytku fotorezistu, se vyrobí vlastní měřítko.

Uvedený až dosud známý a používaný způsob výroby inkrementálních měřítek vykazuje četné vady a nedostatky. Zejména je obtížné vyrábět měřítka větších rozměrů, zvláště při vyšších hustotách stupnice, v důsledku nesnadného vytváření přesně definované vrstvy fotorezistu na výrobní matrici i na měřítku samém, přičemž je při vytváření fotorezistové vrstvy potřeba poměrně složitého zařízení, navíc značně nákladného. Dále pak při zúžení výbrusu řezné hrany diamantového nástroje pro rytí originální matrice pod cca 30 /um dochází často k narušení opticky propustné podložky ; vyryté políčko ztrácí přesný tvar, rozměr a obrysy a navíc se ještě rychle otupuje nástroj.

Uvedené nedostatky až dosud známého a používaného způsobu výroby těchto měřítek odstraňuje způsob výroby přesných inkrementálních měřítek, zejména pro elektrooptické měření délek, při kterém se do kovové vrstvy vakuově napařené na podklad z opticky propustného materiálu vyryje originální matrice, ze které se vyrobí výrobní matrice fotochemicky pomocí vrstvy fotorezistu, vytvořené na příslušné podložce jejím vytahováním konstantní rychlostí z fotorezistové lázně, a z výrobní matrice se stejnou cestou vyrábí vlastní měřítka, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že při rytí do kovové vrstvy originální matrice se měrný přítlak diamantového nástroje udržuje v rozmezí 800 až 6 000 MPa a tloušťka fotorezistové vrstvy činí 0,5 až ,1,5 /um + 10 %, přičemž teplota fotorezistové lázně činí 20 až 24 °C, viskozita 8 až 15 cP a rychlost vytahování 0,1 až 1,0 mm/s.

Způsob výroby přesných inkrementálních měřítek podle vynálezu je v následujícím podrobněji popsán na příkladu konkrétního provedení :

Na skleněnou destičku z borosilikátového skla EK 7 o rozměrech 300x80 mm-a tloušťce 10 mm, broušenou a leštěnou a předčištěnou alkoholem, byla vakuově napařena vrstva mědi v tloušťce cca 1 000 ft. Do této vrstvy byla na délkovém stroji pro rytí stupnic vyryta v lázni neutrálního minerálního cleje s přísadou 30 % petroleje stupnice 100 čar/mm diamantovým hrotem při měrném přítlaku na hrot rostoucím od 850 MPa do 3 300 MPa v délce 250 mm.

Po odrytí byla destička opláchnuta benzinem a opatřena ochrannou vrstvou fotorezistu v tlošťce 1,2 /um.

Výrobní matrice ze skla téže jakoati byla opatřena vakuově napařenou vrstvou chrómu v tloušťce cca 1 000 ft a vnesena do fotorezistové lázně, připravené z fotorezistu SCŘ 3.3 zředěním příslušným ředidlem v poměru 1:1, takže při 20 °C činila viskozita lázně 12,3 cP, hustota 0,8746 p/cm^, teplota 20,4 °C. Z této lázně byla destička vytahována svisle vzhůru stejnoměrnou rychlostí 0,33 mm/s a sušena po dobu 30 minut při 80 °C. Tloušťka fotorezistové vrstvy Činila 1,2 yum.

215 955

-3Potom byla ve vakuovém rámu, jehož horní stranu tvořila originální matrice, při 20 °C kontaktně exponována fotorezistová vrstva výrobní matrice průchodem expoziční štěrbinou, přičemž jako zdroje kolimovaného světla spektrální vlnové délky 330 až 450 /um bylo použito vysokotlaké rtuťové výbojky s křemeriným kondenzorem. Doba expozice činila 6 s. Exponované fotorezistová vrstva byla vyvolána dvoustupňové vždy 1 minutu v použité a 1 minutu v Čerstvé vývojce pro SCR 3, opláchnuta lihem a usušena, při 140 °C po dobu 30 minut. Po vychladnutí bylo provedeno leptání v roztoku 1 objemového dílu 50 % roztoku hydroxydu draselného a 3 objemových dílů 33 % roztoku červené krevní soli po dobu 4 minut při 20 °0. Potom byla vrstva zbylého fotorezistu odstraněna nabotnáním a mechanickým otěrem v trichlorethylenu. Byla získána přesná negativní kresba v chromové vrstvě výrobní matrice.

Stejným postupem bylo zhotoveno vlastní měřítko o rozměrech 220x38 mm tloušťky 5 mm. Měřítko při porovnání a měřítky, zhotovenými až dosud používaným způsobem, vykázalo podstatně lepší jakost'a zejména větší přesnost kresby políček.

Je zřejmé, že popsaný způsob provedení vynálezu je příkladný, a že jej lze obměňovat, například při vytváření fotorezistové vrstvy je možno místo vytahování podložní destičky z lázně ponechat destičku nehybnou a lázeň z nádoby vypouštět tak, aby hladina v nádobě klesala příslušnou rychlostí apod. Popisovaný způsob podle vynálezu rovněž není omezen pouze na výrobu inkrementálních měřítek, ale lze jej použít stejně dobře i při výrobě jiných stupnic, například při výrobě absolutních měřítek, dále měřítek určených pro optická odečítání, při výrobě různých matric, například pro tištěné spoje apod.,aniž se tím výjde z rámce vynálezu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob výroby přesných inkrementálních měřítek, zejména pro elektrooptické měření délek, při kterém se do kovové vrstvy vakuově napařené na podklad z opticky propustného materiálu vyryje originální matrice, ze které se vyrobí výrobní matrice fotochemicky pomocí vrstvy fotorezistu, vytvořené na příslušné podložce jejím vytahováním konstantní rychlostí z fotorezistové lázně, a z výrobní matrice se stejnou cestou vyrábí vlastní měřítka, vyznačený tím, že při rytí do kovové vrstvy originální matrice se měrný přítlak diamantového nástroje udržuje v rozmezí 800 až 6 000 MPa a tloušťka fotorezistové vrstvy činí 0,5 až 1,5 /um + 10 %, přičemž teplota fotorezistové lázně činí 20 až 24 °C, viskozita 8 až 15 cP a rychlost vytahování 0,1 až 1,0 mm/s.