一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法技术

一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法，涉及光栅刻划技术领域，解决现有光栅刻线弯曲校正技术需要采用机械设计方法对光栅刻划机机械结构进行多次反复的改进设计和安装调试，存在设计过程复杂、效率低且刻线弯曲校正效果较差等问题，本发明专利技术包括：S101.建立光栅平均刻线弯曲数学模型；S102.进行光栅预刻划，获得预刻划光栅，计算所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲；S103.设计光栅刻划机的自动控制方案；S104.建立光栅刻划机工作台位移补偿数学模型；S105.采用自动控制法校正光栅刻线弯曲。所述光栅刻线弯曲自动控制校正方法可以有效降低光栅刻线弯曲，改善光栅衍射波前质量且有助于提高光栅刻划机运行精度和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法
本专利技术涉及光栅刻划
，尤其涉及一种降低光栅刻线弯曲的光栅刻线弯曲自动控制校正方法。
技术介绍
采用机械刻划法制作的平面光栅由于光栅刻划机刻划系统的金刚石刻刀导轨直线性误差及刚度有限等因素的影响，可导致金刚石刻刀沿曲线轨迹运行，从而使机械刻划光栅产生刻线弯曲。刻线弯曲表现为光栅的各刻线的刻线呈弯曲状，而且当光栅刻划机刻划系统性能稳定时，光栅各刻线的弯曲形状和幅值是较为重复的。光栅刻线弯曲误差影响着光栅衍射波前质量。中国科学院长春光机所在进行大尺寸光栅研制中发现，当增大光栅尺寸时，刻线弯曲误差是影响光栅衍射波前质量的主要因素之一。降低光栅刻线弯曲，有助于改善光栅衍射波前质量，减少光栅成像系统的像差，提高光栅制作精度及应用水平。现有技术是采用改进机械结构设计的方法来降低光栅的刻线弯曲。虽然通过对光栅刻划机刻划系统机械结构进行多次反复设计并经过大量的调试试验后，可在一定程度上降低光栅刻线弯曲的幅值，但是上述方法无疑是效率较低的。
技术实现思路
本专利技术为解决现有光栅刻线弯曲校正方法采用对光栅刻划机机械结构多次反复的改进设计和安装调试，存在设计过程复杂、效率低且刻线弯曲校正效果较差等问题，本专利技术提供一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法。一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法，其包括如下步骤：S101、建立光栅平均刻线弯曲数学模型；S102、进行光栅预刻划，获得预刻划光栅，计算所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲；S103、设计光栅刻划机的自动控制方案；S104、建立光栅刻划机工作台位移补偿数学模型；S105、进行光栅刻划，采用自动控制法校正光栅刻线弯曲。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S101进一步包括：S1011、推导出光栅锥面衍射下光栅刻线误差、光栅基底面形误差与光栅衍射波前之间的数学表达式；S1012、从所述光栅刻线误差中去除光栅摆角及光栅刻线的整体位置误差，获得光栅平均刻线弯曲与光栅刻线误差之间的关系表达式。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S1011中采用几何光学方法推导出光栅锥面衍射下光栅刻线误差、光栅基底面形误差与光栅衍射波前之间的数学关系表达式。本专利技术一较佳实施方式中，所述光栅平均刻线弯曲根据步骤S1011和步骤S1012，从光栅衍射波前中间接提取得到。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S102进一步包括：S1021、采用光栅衍射波前测量仪测量出所述预刻划光栅的对称级次衍射波前，并从中提取出光栅刻线误差；S1022、根据所述光栅平均刻线弯曲与光栅刻线误差之间的关系表达式，计算出所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲值。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S104中，根据光栅刻划机刻划系统和分度系统的机械结构以及所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲，光栅刻划机的工作原理，推导出所述光栅刻划机工作台位移补偿数学模型，获得用于补偿光栅平均刻线弯曲的工作台理论位移量。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S105中，根据步骤S103中的所述光栅刻划机的自动控制方案，及步骤S104中的所述光栅刻划机工作台位移补偿数学模型，采用压电执行器对微定位工作台进行位移实时调节，使工作台任意时刻的实际位移量与所述工作台理论位移量的偏差最小化。本专利技术的有益效果：相对于现有技术，本专利技术提供的光栅刻线弯曲自动控制校正方法具有如下积极效果：有助于降低光栅刻线弯曲，改善光栅衍射波前质量，且有助于提高光栅刻划机运行精度和工作效率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1为本专利技术提供的光栅刻线弯曲自动控制校正方法的流程图；图2为面形误差引起的光程差示意图；图3为刻线误差引起的光程差示意图；图4为CIOMP-2刻划机的刻划系统框图；图5为CIOMP-2刻划机的分度系统框图；图6为宏微两级工作台结构示意图；图7为干涉仪测量镜和参考镜放置位置示意图；图8为金刚石刻刀位移示意图；图9为曲柄连杆结构工作原理示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。请参阅图1，本实施方式提供一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法，其包括如下步骤：S101、建立光栅平均刻线弯曲数学模型。进一步包括：S1011、推导出光栅锥面衍射下光栅刻线误差、光栅基底面形误差与光栅衍射波前之间的数学表达式。S1012、从所述光栅刻线误差中去除光栅摆角及光栅刻线的整体位置误差，获得光栅平均刻线弯曲与光栅刻线误差之间的关系表达式。具体地，本实施例中，采用几何光学方法推导出光栅锥面衍射下的光栅刻线误差与基底面形误差和光栅衍射波前之间的关系表达式。假定一束波长为λ的单色平行光入射至平面反射光栅表面，入射角和衍射角分别为θ1和θ2，光栅常数为d。首先考虑光栅无刻线误差但存在基底面形误差时的情况。如图2所示，光栅刻线方向为与纸面垂直的z轴方向，当光栅第p条刻线上的任意点i与光栅理想表面存在深度误差h(xp,yp,zpi)时，设入射光和衍射光产生的光程差分别为δb1和δb2，则入射光和衍射光在该点产生的总光程差δbpi为δbpi＝δb1+δb2＝h(xp,yp,zpi)(cosθ1+cosθ2)\*MERGEFORMAT(1)当光栅无基底面形误差但存在刻线误差时，如图3所示，当光栅第p条刻线上的任意点i的实际位置p'偏离理想刻线位置p的距离为w(xp,yp,zpi)，设入射光和衍射光在该点所产生光程差分别为δr1和δr2，则入射光和衍射光在该点所产生的光程差总和δrpi为：δrpi＝δr1+δr2＝w(xp,yp,zpi)(sinθ1+sinθ2)\*MERGEFORMAT(2)设光栅衍射级次为m，光栅常数为d，光栅使用波长为λ，则由光栅方程可知：d(sinθ1+sinθ2)＝mλ(3)联立式(1)、式(2)和式(3)可得，当光栅第p条刻线的任意点i同时存在基底面形误差、刻线误差时，则在该点产生的光程差δpi为：δpi＝δbpi+δrpi＝h(xp,yp,zpi)(cosθ1+cosθ2)+w(xp,yp,zpi)mλ/d(4)采用干涉仪测量平面光栅衍射波前时，一般采用单色光入射角与光栅衍射角绝对值相等的光路结构，即θ1等于θ2。此时，根据式(4)可知，干涉仪测得第m级光栅衍射波前光程差为：Δ(m)＝2Hcosθ1+Wmλ/d(5)其中，H和W分别为光栅全表面的基底面形误差和刻线误差数值化矩阵，θ1为第m级光栅衍射角。若采用干涉仪测量得到光栅±m级次衍射波前矩阵Δ(m)和Δ(-m)，根据式(5)可得光栅刻线误差表达式为：W=[Δ(m)-Δ(-m)]d2mλ---(6)]]>设通过式(6)计算得到的光栅的刻线误差W的矩阵形式为式(7)中各列沿着光栅刻线方向，在式(7)中去掉光栅刻线摆角及光栅刻线的整体位置误差，可得到光栅刻线弯曲矩阵B的各元素值bij为:bij=ϵij-(ϵaj-ϵ1j)(i-1)a-1-ϵ1j---(8)]]>其中，i＝1,2,3,…,a；j＝1,2,3,…,b。对式(8)中光栅刻线弯曲矩阵B的各列取平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、建立光栅平均刻线弯曲数学模型；S102、进行光栅预刻划，获得预刻划光栅；根据步骤S101所述的光栅平均刻线弯曲数学模型，计算所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲；S103、设计光栅刻划机的自动控制方案；具体为：采用双频激光干涉仪对工作台的位移进行实时测量，双频激光干涉仪的测量反射镜安装在光栅刻划机分度系统的微定位工作台上，参考反射镜安装在光栅刻划机刻划系统的石英导轨上，并采用压电执行器对工作台位移进行实时调节；S104、根据光栅刻划机机械结构、步骤S102计算得到的光栅平均刻线弯曲以及步骤S103所述的光栅刻划机自动控制方案，建立光栅刻划机工作台位移补偿数学模型；S105、进行光栅刻划，根据S104所述的光栅刻划机工作台位移补偿数学模型，采用步骤S103所述的光栅刻划机自动控制方案实时校正光栅刻线弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种光栅刻线弯曲自动控制校正方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、建立光栅平均刻线弯曲数学模型；S102、进行光栅预刻划，获得预刻划光栅；根据步骤S101所述的光栅平均刻线弯曲数学模型，计算所述预刻划光栅的光栅平均刻线弯曲；S103、设计光栅刻划机的自动控制方案；具体为：采用双频激光干涉仪对工作台的位移进行实时测量，双频激光干涉仪的测量反射镜安装在光栅刻划机分度系统的微定位工作台上，参考反射镜安装在光栅刻划机刻划系统的石英导轨上，并采用压电执行器对工作台位移进行实时调节；S104、根据光栅刻划机机械结构、步骤S102计算得到的光栅平均刻线弯曲以及步骤S103所述的光栅刻划机自动控制方案，建立光栅刻划机工作台位移补偿数学模型；S105、进行光栅刻划，根据S104所述的光栅刻划机工作台位移补偿数学模型，采用步骤S103所述的光栅刻划机自动控制方案实时校正光栅刻线弯曲；步骤S101进一步包括：S1011、推导出光栅锥面衍射下光栅刻线误差、光栅基底面形误差与光栅衍射波前之间的数学表达式；S1012、从所述光栅刻线误差中去除光栅摆角及光栅刻线的整体位置误差，获得光栅平均刻线弯曲与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓天，于海利，唐玉国，杨超，刘兆武，齐向东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22