一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置及其工作流程的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置及其工作流程，該裝置包括宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置、承印裝置以及供墨裝置，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)印模與承印平臺(tái)豎直方向的粗定位，微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置由四個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，首先利用傾角傳感器保證承印平臺(tái)處于水平位置，接著，利用光學(xué)組件進(jìn)行檢測(cè)從而控制音圈電機(jī)工作調(diào)節(jié)印模與承印材料之間的平行度，實(shí)現(xiàn)精調(diào)平，最后，驅(qū)動(dòng)四個(gè)音圈電機(jī)同步工作進(jìn)行印模與承印材料之間接觸轉(zhuǎn)印。本發(fā)明提供一種基于音圈電機(jī)的定位定力控制方式進(jìn)行微接觸印刷的裝置，音圈電機(jī)可用于實(shí)現(xiàn)調(diào)平及微動(dòng)兩個(gè)步驟，以保證印模與承印材料的均勻接觸，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高效能、無(wú)污染地轉(zhuǎn)印。
【專利說(shuō)明】—種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置及其工作流程
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微接觸印刷的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤指一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置及其工作流程。
【背景技術(shù)】
[0002]微接觸印刷是一種使用帶有凸紋圖案的彈性印模在承印物表面形成圖案結(jié)構(gòu)的技術(shù)。給印模涂上用來(lái)形成圖案的材料作為墨料，再將印模與承印物表面接觸，達(dá)到轉(zhuǎn)印圖案的目的。此成型過(guò)程尺寸屬于納米等級(jí)，特別的在油墨轉(zhuǎn)印過(guò)程中，印模與承印材料相互接觸受力的大小、均勻性都會(huì)引起印模不同程度的形變，當(dāng)形變量超出了允許范圍，則會(huì)引起圖文部分粘連、倒塌、彎曲，或者非圖文部分塌陷等，若形變量不足，則會(huì)導(dǎo)致印刷圖案不清晰、不連貫，造成油墨的不良轉(zhuǎn)移。所以，在轉(zhuǎn)印時(shí)，如何控制均勻施力，如何控制接觸距離，是最為關(guān)鍵的課題，轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)裝置的配合就變得十分重要。以下是現(xiàn)有轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)常用的驅(qū)動(dòng)方式及裝置:
(I)以伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。由于此過(guò)程是以機(jī)構(gòu)耦合驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中背隙造成的定位精度不佳、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量損失以及機(jī)械時(shí)間常數(shù)的影響都會(huì)成為控制上的不確定因素，另外伺服電機(jī)具有扭矩波動(dòng)的問(wèn)題，也會(huì)造成不易控制的缺點(diǎn)。
[0003](2)以氣動(dòng)或液壓的方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)。此種驅(qū)動(dòng)方式可以很容易控制印模與基底的接觸力，但是此種轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式，會(huì)有時(shí)間上的遲滯，精度不高，并不適用于納米級(jí)的制造工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于音圈電機(jī)的定位定力控制方式進(jìn)行微接觸印刷的裝置及其工作流程，以實(shí)現(xiàn)高精度定位及均勻施力的目的。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，包括框架、驅(qū)動(dòng)印模大行程移動(dòng)的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、承印平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)承印平臺(tái)微行程移動(dòng)的微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置以及為印模上墨的供墨機(jī)構(gòu)；所述宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的頂端固定在框架的頂部，其底端與印模連接；所述的承印平臺(tái)用以固定承印材料，該承印平臺(tái)安裝在該微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置的上端；所述的供墨機(jī)構(gòu)安裝在框架上；所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置包括彈性元件、支撐柱、四個(gè)音圈電機(jī)以及至少兩個(gè)傾角傳感器，四個(gè)音圈電機(jī)包括X方向兩個(gè)音圈電機(jī)與Y方向兩個(gè)音圈電機(jī)；所述彈性兀件的中部固定在支撐柱的上端，周邊將音圈電機(jī)的線圈部分與承印平臺(tái)底部連接起來(lái)，且其中部與周邊之間彈性連接；該支撐柱下端與音圈電機(jī)的磁鋼部分一同固定在所述框架的底部；所述傾角傳感器安裝在承印平臺(tái)的上端。
[0006]所述的框架包括底座、安裝在該底座上的若干立柱、固定在立柱頂端的頂蓋以及固定在立柱上的固定板。[0007]所述的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠以及移動(dòng)架；該伺服電機(jī)固定于所述頂蓋上，該滾珠絲杠兩端通過(guò)軸承組分別固定于所述頂蓋以及固定板上；所述的移動(dòng)架包括相互連接的上頂板和下底板，該上頂板與所述滾珠絲杠的螺母固定連動(dòng)，該下底板上設(shè)有用以裝夾印模的裝夾結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的上頂板以所述立柱為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副。
[0009]所述上頂板與下底板之間通過(guò)若干導(dǎo)向桿連接固定，該導(dǎo)向桿以所述固定板為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副。
[0010]所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置底部，即支撐柱下端與音圈電機(jī)的磁鋼部分一同固定在一個(gè)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，該二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定在所述框架的底部。
[0011]所述傾角傳感器設(shè)置四個(gè)，且該四個(gè)傾角傳感器與四個(gè)音圈電機(jī)錯(cuò)開(kāi)均勻分布。
[0012]進(jìn)一步包括光學(xué)組件，該光學(xué)組件位于印模的上方，其包括物鏡、同軸光源、C⑶相機(jī)、光電接收器以及信號(hào)處理及測(cè)量系統(tǒng)；該物鏡由兩個(gè)相同凸透鏡以及分光鏡組成。
[0013]所述的裝夾結(jié)構(gòu)為安裝在所述下底板底部的卡槽以及固定在該卡槽上的印模托架，該印模托架內(nèi)部設(shè)有一機(jī)加工腔，所述印模具有一與該機(jī)加工腔相配的凹槽。
[0014]所述承印平臺(tái)包括承印托架，該承印托架內(nèi)部裝有真空吸盤(pán)，其表面還設(shè)有用以固定承印材料的凹槽。
[0015]所述的供墨機(jī)構(gòu)包括墨盤(pán)及轉(zhuǎn)角氣缸，該墨盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)角氣缸上，該轉(zhuǎn)角氣缸固定在所述立柱上。
[0016]一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置的工作流程，首先宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置上移，對(duì)印模以及承印材料進(jìn)行裝夾；隨后微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置中的音圈電機(jī)與傾角傳感器配合進(jìn)行承印平臺(tái)的粗調(diào)平；然后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置下移，供墨機(jī)構(gòu)對(duì)印模進(jìn)行上墨；此后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置與光學(xué)組件共同完成承印平臺(tái)的精調(diào)平；最后四個(gè)音圈電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，完成圖案的接觸與轉(zhuǎn)移。
[0017]采用上述方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明提出以線性致動(dòng)的音圈電機(jī)配合彈性元件作轉(zhuǎn)印動(dòng)作，與現(xiàn)有方法相比較，音圈電機(jī)具有直接驅(qū)動(dòng)、線性度好的特性，而且音圈電機(jī)特別適合用于短行程、高精度的定位定力控制，驅(qū)動(dòng)力大小參數(shù)可變，在不同的驅(qū)動(dòng)力場(chǎng)合下可采用靈活的設(shè)計(jì)方案。尤其是將音圈電機(jī)用作轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置，可配合整個(gè)制作過(guò)程結(jié)合力、位置整合控制系統(tǒng)來(lái)達(dá)到良好的印模圖案轉(zhuǎn)印效果，并且當(dāng)音圈電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器時(shí)，具有響應(yīng)快，變幅小等特點(diǎn)，當(dāng)采用適當(dāng)?shù)目刂品椒〞r(shí)，具有良好的性能，是一種高精度、高效能的驅(qū)動(dòng)方式。
[0018]2.本發(fā)明設(shè)置了一個(gè)采用四個(gè)音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置，首先，具有粗、精調(diào)平的功能，采用音圈電機(jī)位置控制模式以保證印模與承印材料的平行度，使兩者均勻接觸，提高轉(zhuǎn)印圖案的質(zhì)量；同時(shí)，還具有良好的轉(zhuǎn)印深度的控制功能，在微小行程內(nèi)采用音圈電機(jī)力控制模式提高轉(zhuǎn)印壓力的穩(wěn)定性。
[0019]3.本發(fā)明采用交流伺服電機(jī)、滾珠絲杠作為宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，可以實(shí)現(xiàn)大行程快速移動(dòng)，不但可以提供足夠的操作空間，方便印模安裝拆卸，而且相對(duì)氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)污染較小。
[0020]總之，本發(fā)明提供一種基于音圈電機(jī)的定位定力控制方式進(jìn)行微接觸印刷的裝置，音圈電機(jī)可用于實(shí)現(xiàn)調(diào)平及微動(dòng)兩個(gè)步驟，以保證印模與承印材料的均勻接觸，具有優(yōu)于50nm定位對(duì)準(zhǔn)精度，并可滿足特征尺寸低于200nm的有機(jī)電子薄膜多層圖案的高效、快速且無(wú)污染地轉(zhuǎn)印。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體外觀示意圖；
圖2為本發(fā)明所述承印平臺(tái)與承印材料的分解示意圖；
圖3A為本發(fā)明所述印模的裝夾示意圖一；
圖3B為本發(fā)明所述印模的裝夾示意圖二 ；
圖3C為本發(fā)明所述印模的立體示意圖；
圖3D為本發(fā)明所述印模的剖面圖；
圖4A為本發(fā)明所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4B為本發(fā)明所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置的立體分解圖；
圖4C為本發(fā)明所述彈性元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明所述供墨機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6A至圖6C為本發(fā)明所述精調(diào)平過(guò)程及壓印過(guò)程的示意圖；
圖7為本發(fā)明所述光學(xué)組件及精調(diào)平光路示意圖；
圖8為本發(fā)明的工作流程圖；
圖9為本發(fā)明所述微接觸印刷裝置的控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0023]本發(fā)明所揭示的是一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，如圖1至圖7所示，為本發(fā)明的較佳實(shí)施例。所述的微接觸印刷裝置包括框架1、宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2、微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3、承印平臺(tái)4以及供墨機(jī)構(gòu)5。所述宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2的頂端固定在框架I的頂部，其底端與印模6連接，該宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2用以驅(qū)動(dòng)該印模6進(jìn)行大行程移動(dòng)。所述的承印平臺(tái)4用以固定承印材料7，該承印平臺(tái)4安裝在微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3的上端，該微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3固定于框架I的底端，其用以驅(qū)動(dòng)該承印平臺(tái)4進(jìn)行微行程移動(dòng)。所述的供墨機(jī)構(gòu)5安裝在框架I上。
[0024]所述的框架I用以固定安裝各部件，其結(jié)構(gòu)形式可以有多種，對(duì)于本實(shí)施例，該框架I包括底座11、安裝在該底座11上的若干立柱12、固定在立柱12頂端的頂蓋13以及固定在立柱12上的固定板14。
[0025]所述的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2用以驅(qū)動(dòng)印模6進(jìn)行大行程移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)印模6與承印平臺(tái)4在豎直方向的粗定位。該宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式，例如伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)方式，氣動(dòng)或者液壓的驅(qū)動(dòng)方式等等。本實(shí)施例中，該宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2包括伺服電機(jī)21、滾珠絲杠22以及移動(dòng)架23。該伺服電機(jī)21固定于所述頂蓋13上，其可以由減速器24及聯(lián)軸器25與滾珠絲杠22連接。所述的滾珠絲杠22兩端通過(guò)軸承組(圖中未示出)分別固定于所述頂蓋13以及固定板14上。所述的移動(dòng)架23包括相互連接的上頂板231和下底板232，該上頂板231與所述滾珠絲杠22的螺母固定連動(dòng)，該下底板232上設(shè)有裝夾結(jié)構(gòu)用以裝夾所述的印模6。該移動(dòng)架23與所述框架I之間還可以設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)架23上下移動(dòng)的導(dǎo)向。該導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可以為:令所述的上頂板231以所述立柱12為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副；或者在上頂板231與下底板232之間通過(guò)若干導(dǎo)向桿233連接固定，并令該導(dǎo)向桿233以所述固定板14為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副；或者如本實(shí)施例所示，同時(shí)設(shè)置上述兩種導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)副。所述的裝夾結(jié)構(gòu)可以為安裝在所述下底板232底部的卡槽26，以及固定在該卡槽26上的印模托架27。
[0026]所述的微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一，如圖4A及圖4B所示，該微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3包括彈性元件31、支撐柱32、四個(gè)音圈電機(jī)33以及至少兩個(gè)傾角傳感器34(本實(shí)施例設(shè)有四個(gè)傾角傳感器34)，四個(gè)音圈電機(jī)33包括X方向兩個(gè)音圈電機(jī)33A、33C與Y方向兩個(gè)音圈電機(jī)33B、33D。所述的彈性元件31依次連接承印平臺(tái)4及支撐柱32，該彈性元件31如圖4C所示，其中部固定在支撐柱32的上端，周邊將音圈電機(jī)33的線圈部分與承印平臺(tái)4底部連接起來(lái)，且其中部與周邊之間彈性連接。支撐柱32下端與音圈電機(jī)33的磁鋼部分一同固定在所述的底座11上，或者先固定在一個(gè)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8上，該二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8再固定在所述底座11上。所述四個(gè)傾角傳感器34安裝在承印平臺(tái)4的上端，為了便于安裝，該四個(gè)傾角傳感器34可與四個(gè)音圈電機(jī)33錯(cuò)開(kāi)均勻分布。
[0027]所述承印平臺(tái)4包括承印托架41，該承印托架41內(nèi)部裝有真空吸盤(pán)42，其表面還設(shè)有凹槽43用以固定承印材料7。
[0028]所述供墨機(jī)構(gòu)5用以為印模6供墨，其可以采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，該供墨機(jī)構(gòu)5包括墨盤(pán)51及轉(zhuǎn)角氣缸52，該墨盤(pán)51安裝在轉(zhuǎn)角氣缸52上，轉(zhuǎn)角氣缸52可以帶動(dòng)墨盤(pán)51使之能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)角氣缸52通過(guò)螺栓固定在所述立柱12上，且每根立柱12可安裝一組供墨機(jī)構(gòu)。
[0029]本發(fā)明還可以設(shè)置一光學(xué)組件9，用以所述印模6與承印材料7之間水平度的精調(diào)節(jié)。該光學(xué)組件9位于印模6的上方，可以安裝在所述固定板14上的下端，其包括物鏡91、同軸光源92、CCD相機(jī)93、光電接收器以及信號(hào)處理及測(cè)量系統(tǒng)。所述物鏡91由兩個(gè)相同凸透鏡94A、94B以及分光鏡95組成。該光學(xué)組件9的結(jié)構(gòu)以及原理均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0030]本發(fā)明的工作原理為:
在本發(fā)明所述裝置運(yùn)行之前，應(yīng)對(duì)承印材料7以及印模6進(jìn)行裝夾，其具體步驟如下:首先，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2工作，伺服電機(jī)21帶動(dòng)滾珠絲杠22轉(zhuǎn)動(dòng)，使移動(dòng)架23沿立柱12上移，達(dá)到最高處，留下足夠的空間便于承印材料7及印模6的安裝與拆卸。
[0031]接著，對(duì)承印材料7進(jìn)行裝夾，具體如圖2所示，所述的承印材料7 —般為硅片，其表面鍍有一層金屬膜，該承印材料7安裝于承印托架41的凹槽43處，然后啟動(dòng)真空吸盤(pán)42將其吸附，整個(gè)承印平臺(tái)4安裝在微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3的上部。所述的承印材料7底部可以選擇不共線的三處區(qū)域涂上熒光體71，作為后續(xù)利用光學(xué)組件9進(jìn)行精調(diào)平過(guò)程的標(biāo)記。
[0032]然后，對(duì)印模6進(jìn)行裝夾，印模6的裝夾過(guò)程如圖3A?圖3C所示，所述印模托架27內(nèi)部設(shè)有一機(jī)加工腔，與之對(duì)應(yīng)的印模6同樣具有一凹槽可與之相配合，通過(guò)機(jī)加工腔與凹槽，可以將印模6固定在印模托架27上。該印模托架27 —般為有機(jī)玻璃制成，其兩邊做成燕尾形式，于卡槽26側(cè)面裝入，通過(guò)緊定螺釘將其鎖緊，完成印模裝夾。
[0033]如圖3D所示，為印模6的橫切面示意圖，其材質(zhì)均勻且具有一定的透光性能，楊氏模量在f IOMPa之間，本發(fā)明以PDMS為例，通過(guò)刻蝕的方法，在硅基材料上形成一定圖案的凹面，再倒入液態(tài)PDMS固化而成，此印模制成矩形，支撐部分高度為D，圖案部分高度為h，寬度為L(zhǎng)，圖案間隔距離為w，支撐部分為保持一定的支撐強(qiáng)度，D—般在IOOynTlcm之間，圖案高度h與寬度L之比取在0.2^2的范圍內(nèi)。另外在壓印過(guò)程中，圖案部分變形，高度h壓縮而寬度L拉伸，為確保圖案之間不發(fā)生干涉，圖案距離w應(yīng)取到高度h的十五倍左右。
[0034]裝夾完畢后，微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3進(jìn)入粗調(diào)平控制模式，以保證承印平臺(tái)4處于水平位置。其過(guò)程主要靠音圈電機(jī)33與傾角傳感器34配合完成，傾角傳感器34內(nèi)設(shè)有擺錘，其與傾角傳感器34內(nèi)部形成平行板電容，工作時(shí)，傾角傳感器34跟隨承印平臺(tái)4的擺動(dòng)而傾斜，而擺錘在重力影響下不變，于是內(nèi)部電容發(fā)生變化，由此可將電容變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋給音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置分析計(jì)算，得到X、Y方向的傾角，控制音圈電機(jī)33A、33C與音圈電機(jī)33B、33D成對(duì)動(dòng)作，彈性元件31中部固定在支撐柱32上，四周在音圈電機(jī)33作用下發(fā)生形變，使得與之連接的承印平臺(tái)4偏轉(zhuǎn)，直至調(diào)平為止，此后音圈電機(jī)33保持此狀態(tài)。
[0035]隨后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2向下運(yùn)動(dòng)，與供墨機(jī)構(gòu)5配合，為印模圖案上墨，其步驟如下:
宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2向下運(yùn)動(dòng)，與供墨機(jī)構(gòu)5配合，為印模6上的圖案上墨。宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2運(yùn)行，當(dāng)伺服電機(jī)21運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)滾珠絲杠22轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)架23在滾珠絲杠22的帶動(dòng)下，沿立柱12向下移動(dòng)，立柱12與固定板14起到導(dǎo)向、定位的作用，運(yùn)動(dòng)到距供墨機(jī)構(gòu)5上方一定位置時(shí)停止，此時(shí)供墨機(jī)構(gòu)5開(kāi)始工作，墨盤(pán)51在轉(zhuǎn)角氣缸52的帶動(dòng)下，將相應(yīng)顏色的墨料送入印模正下方，開(kāi)始上墨。
[0036]上墨具體過(guò)程如下:每一根立柱12能夠安裝一組供墨機(jī)構(gòu)，墨盤(pán)51能在轉(zhuǎn)角氣缸52上隨意安裝拆卸，墨盤(pán)51中的墨料可為有機(jī)溶液、蛋白質(zhì)、DNA、生物細(xì)胞等，此發(fā)明以硫醇試劑為例，可將顏色調(diào)制為紅、綠、藍(lán)三種，當(dāng)需要某種顏色時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角氣缸52帶動(dòng)相應(yīng)墨盤(pán)51運(yùn)動(dòng)到印模6下方，墨盤(pán)51上刻有“ + ”字標(biāo)記，通過(guò)光學(xué)組件9檢測(cè)，加以微調(diào)，準(zhǔn)確定位在印模圖案的正中，如圖5所示，然后再次啟動(dòng)宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2實(shí)施沾墨，沾墨完成后，供墨機(jī)構(gòu)5回到原來(lái)位置，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2繼續(xù)往下移動(dòng)。
[0037]當(dāng)運(yùn)動(dòng)到距離承印平臺(tái)4上表面0.5毫米左右時(shí)，此時(shí)宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2停止運(yùn)動(dòng)，再次靠微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3工作。如圖6A及圖6B所示，該微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)平臺(tái)3進(jìn)入精調(diào)平階段，此時(shí)光學(xué)組件9工作，其外置同軸光源92發(fā)出的光線經(jīng)分光鏡95、凸透鏡94B聚焦后射向承印材料7，承印材料7反射光線經(jīng)過(guò)同樣的凸透鏡94A聚焦后進(jìn)入CXD照機(jī)93形成影像，在承印材料7背部三處區(qū)域涂上熒光粉71，熒光粉71使影像更加清晰，本檢測(cè)采用共焦檢測(cè)顯微原理，光源通過(guò)透鏡聚焦在承印材料7底部熒光粉區(qū)域中的一點(diǎn)，此點(diǎn)反射光線通過(guò)相同的透鏡聚焦于CXD照機(jī)93內(nèi)成像，此時(shí)，影像亮度最強(qiáng)，若承印材料7上的其他熒光粉區(qū)域中的另兩點(diǎn)也與此點(diǎn)亮度相同，則其余兩點(diǎn)也在凸透鏡94B的焦點(diǎn)上，說(shuō)明承印材料7與印模6平行，若其余兩點(diǎn)存在一處亮度較暗，那么承印材料7沒(méi)有與印模6平行，將此三處區(qū)域亮度信號(hào)通過(guò)光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入信號(hào)處理系統(tǒng)中，采用變異數(shù)分析法系統(tǒng)可計(jì)算出承印材料7每處區(qū)域與印模6的距離，再換算為X、Y方向傾斜角度，作為精調(diào)平的目標(biāo)值，四個(gè)音圈電機(jī)33成對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)印模6與承印材料7之間水平度精確調(diào)節(jié)，其光路示意圖如圖7所示。
[0038]最后音圈電機(jī)33進(jìn)入壓印控制模式，如圖6C所示，其微動(dòng)力與微位移靠四個(gè)音圈電機(jī)33A、33B、33C、33D共同提供，四個(gè)音圈電機(jī)33同步動(dòng)作，此時(shí)印模6與承印材料7已經(jīng)平行，在音圈電機(jī)33作用下，彈性元件31將承印平臺(tái)4繼續(xù)上推，印模6與承印材料7完全接觸并且印模6突起部分開(kāi)始?jí)嚎s，為了得到良好的印模圖案，此壓縮量應(yīng)當(dāng)為h/2，到達(dá)此位置時(shí)，音圈電機(jī)33停止運(yùn)動(dòng)，計(jì)時(shí)模式開(kāi)啟，在此位置保持0.5^10s后，印模圖案轉(zhuǎn)移完成，承印平臺(tái)4回到初始位置。
[0039]如圖8所示，為本發(fā)明的工作流程圖，首先宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2上移，對(duì)印模6以及承印材料7進(jìn)行裝夾；隨后微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3中的音圈電機(jī)33與傾角傳感器34配合進(jìn)行承印平臺(tái)4的粗調(diào)平；然后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2下移，供墨機(jī)構(gòu)5對(duì)印模6進(jìn)行上墨；此后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2停止運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置3與光學(xué)組件9共同完成承印平臺(tái)4的精調(diào)平；最后四個(gè)音圈電機(jī)33同步運(yùn)動(dòng)，完成圖案的接觸與轉(zhuǎn)移。
[0040]本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)的控制流程如圖9所示，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置2運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Z，使伺服電機(jī)21 (伺服電機(jī)Z)工作，實(shí)現(xiàn)本裝置Z方向上的大幅度移動(dòng)；伺服電機(jī)X、Y也在計(jì)算機(jī)控制下帶動(dòng)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8工作，調(diào)節(jié)承印平臺(tái)4與印模6在XY平面上的相對(duì)位置；微動(dòng)驅(qū)動(dòng)中粗調(diào)平靠?jī)A角傳感器34輸出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)比較器以及AD轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傾斜角度控制音圈電機(jī)33A、33C與音圈電機(jī)33B、33D兩兩運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X、Y軸上的偏轉(zhuǎn)達(dá)到粗調(diào)平的目的；在精調(diào)平過(guò)程中，光學(xué)組件9開(kāi)始工作，與印模6平行裝夾并固定，外置同軸光源92發(fā)出的光線經(jīng)物鏡91聚焦后射向承印材料7的三處熒光體71上，承印材料7的熒光體71反射光線再經(jīng)過(guò)物鏡91聚焦后進(jìn)入CXD照機(jī)93形成影像，將此光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)明暗強(qiáng)度信號(hào)計(jì)算處理后得出承印材料7的三處涂有熒光體的區(qū)域分別與印模6的距離，并將其轉(zhuǎn)換為X、Y方向的傾角信號(hào)控制音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使音圈電機(jī)33A、33C與音圈電機(jī)33B、33D兩兩運(yùn)動(dòng)，精確調(diào)節(jié)印模6與承印材料7之間的水平度；最后接觸印刷過(guò)程中，計(jì)算機(jī)控制四個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使四個(gè)音圈電機(jī)33同步運(yùn)動(dòng)，并且控制其微動(dòng)力，微位移以及接觸時(shí)間，實(shí)現(xiàn)定位定力的控制方式。
[0041]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故但凡依本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:包括框架、驅(qū)動(dòng)印模大行程移動(dòng)的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、承印平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)承印平臺(tái)微行程移動(dòng)的微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置以及為印模上墨的供墨機(jī)構(gòu)； 所述宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的頂端固定在框架的頂部，其底端與印模連接；所述的承印平臺(tái)用以固定承印材料，該承印平臺(tái)安裝在該微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置的上端；所述的供墨機(jī)構(gòu)安裝在框架上； 所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置包括彈性元件、支撐柱、四個(gè)音圈電機(jī)以及至少兩個(gè)傾角傳感器，四個(gè)音圈電機(jī)包括X方向兩個(gè)音圈電機(jī)與Y方向兩個(gè)音圈電機(jī)；所述彈性兀件的中部固定在支撐柱的上端，周邊將音圈電機(jī)的線圈部分與承印平臺(tái)底部連接起來(lái)，且其中部與周邊之間彈性連接；該支撐柱下端與音圈電機(jī)的磁鋼部分一同固定在所述框架的底部；所述傾角傳感器安裝在承印平臺(tái)的上端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述的框架包括底座、安裝在該底座上的若干立柱、固定在立柱頂端的頂蓋以及固定在立柱上的固定板；所述的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠以及移動(dòng)架；該伺服電機(jī)固定于所述頂蓋上，該滾珠絲杠兩端通過(guò)軸承組分別固定于所述頂蓋以及固定板上；所述的移動(dòng)架包括相互連接的上頂板和下底板，該上頂板與所述滾珠絲杠的螺母固定連動(dòng)，該下底板上設(shè)有用以裝夾印模的裝夾結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述的上頂板以所述立柱為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述上頂板與下底板之間通過(guò)若干導(dǎo)向桿連接固定，該導(dǎo)向桿以所述固定板為導(dǎo)向形成運(yùn)動(dòng)副。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置底部，即支撐柱下端與音圈電機(jī)的磁鋼部分一同固定在一個(gè)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，該二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定在所述框架的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述傾角傳感器設(shè)置四個(gè)，且該四個(gè)傾角傳感器與四個(gè)音圈電機(jī)錯(cuò)開(kāi)均勻分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1_3、5、6之一所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:進(jìn)一步包括光學(xué)組件，該光學(xué)組件位于印模的上方，其包括物鏡、同軸光源、CCD相機(jī)、光電接收器以及信號(hào)處理及測(cè)量系統(tǒng)；該物鏡由兩個(gè)相同凸透鏡以及分光鏡組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述的裝夾結(jié)構(gòu)為安裝在所述下底板底部的卡槽以及固定在該卡槽上的印模托架，該印模托架內(nèi)部設(shè)有一機(jī)加工腔，所述印模具有一與該機(jī)加工腔相配的凹槽；所述承印平臺(tái)包括承印托架，該承印托架內(nèi)部裝有真空吸盤(pán)，其表面還設(shè)有用以固定承印材料的凹槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置，其特征在于:所述的供墨機(jī)構(gòu)包括墨盤(pán)及轉(zhuǎn)角氣缸，該墨盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)角氣缸上，該轉(zhuǎn)角氣缸固定在所述立柱上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于音圈電機(jī)的微接觸印刷裝置的工作流程，其特征在于:首先宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置上移，對(duì)印模以及承印材料進(jìn)行裝夾；隨后微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置中的音圈電機(jī)與傾角傳感器配合進(jìn)行承印平臺(tái)的粗調(diào)平；然后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置下移，供墨機(jī)構(gòu)對(duì)印模進(jìn)行上墨；此后宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)調(diào)平驅(qū)動(dòng)裝置與光學(xué)組件共同完成承印平臺(tái)的精調(diào)平；最后四個(gè)音圈電機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，完成圖案的接觸與轉(zhuǎn)移。
【文檔編號(hào)】B41K3/62GK103507451SQ201310501232
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】常雪峰, 謝丹, 諸世敏, 劉陽(yáng)旭, 陳躍欽, 張建峰 申請(qǐng)人:廈門(mén)理工學(xué)院