一种高精度的光栅拼接误差校正装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高精度的光栅拼接误差校正装置和方法，所述高精度的光栅拼接误差校正装置的二维校正单元结合采用线性促动器和柔性铰接的结构对第一光栅进行位置姿态调整，实现了高精度和高稳定性的二维拼接误差的校正；所述高精度的光栅拼接误差校正装置的的三维校正单元结合采用线性促动器和弹性柱的结构对第二光栅进行位置姿态调整，实现了高精度和高稳定性的三维拼接误差的校正，如此经由所述二维校正单元和所述三维校正单元的误差校正效果的耦合，综合实现了对所述拼接光栅的五维光栅拼接误差的高精度校正，使得所述高精度的光栅拼接误差校正装置具有拼接误差校正精度高，工作稳定性高的优点。工作稳定性高的优点。工作稳定性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的光栅拼接误差校正装置和方法


[0001]本专利技术涉及光栅拼接
，特别是涉及一种高精度的光栅拼接误差校正装置和方法。

技术介绍

[0002]在天文领域和激光核聚变领域，大尺寸衍射光栅是影响光谱仪分辨率和激光器拍瓦级能量输出的主要因素。随着30米望远镜以及12米望远镜等项目的启动，大尺寸衍射光栅的需求越来越迫切。而由于衍射光栅刻划存在诸多难题，光栅拼接技术是目前制作大尺寸衍射光栅的主要技术。
[0003]光栅拼接是指利用机械装置将两块或多块参数相同的小尺寸光栅拼接在一起，调整光栅的相对位置姿态，校正光栅间的拼接误差，使各光栅引入的入射光束的相位变化相接近，在一定精度要求下可当作一整块光栅使用。因此，光栅拼接误差校正装置又是光栅拼接的关键。
[0004]现有的光栅拼接误差校正装置存在结构复杂、误差调节结构精度低、稳定性低的缺陷，而且由于在光栅复制过程为：首先将母版光栅放置在水平台面上，然后在母版光栅上倒复制用胶，最后在母版光栅和胶上面放置复制光栅毛坯，待胶固化后分离母版光栅和复制光栅。因此利用立式结构无法实现光栅的复制过程。现有光栅拼接误差校正装置大都为立式结构，不能用于光栅的拼接复制。因此，开发高精度、高稳定性和卧式结构的光栅拼接误差校正装置是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一目的是，提供一种高精度的光栅拼接误差校正装置和方法，所述高精度的光栅拼接误差校正装置的误差校正精度高，工作稳定性高，且为一种卧式结构，能够用于光栅的拼接复制。
[0006]本专利技术在一方面提供了一种高精度的光栅拼接误差校正装置，包括底座，设置在所述底座上并用于装配第一光栅的二维校正单元，以及设置在所述底座上并用于装配第二光栅的三维校正单元，其中所述第一光栅和所述第二光栅拼接形成拼接光栅，其中所述二维校正单元用于调整所述第一光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅法线方向的旋转误差Δθ
z
和沿光栅矢量方向的平移误差Δx，其中所述三维校正单元用于调整所述第二光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅矢量方向的旋转误差Δθ
x
，绕光栅栅线方向的旋转误差Δθ
y
，以及沿光栅法线方向的平移误差Δz，其中光栅法线方向为z轴方向，光栅矢量方向为x轴方向，光栅栅线方向为y轴方向，通过所述二维校正单元和所述三维校正单元分别对所述第一光栅和所述第二光栅的位置姿态的调整，实现所述拼接光栅的五维拼接误差校正。
[0007]在本专利技术的一实施例中，所述底座包括底板和设置在所述底板之上的支撑座，所述二维校正单元支撑于所述支撑座之上，所述三维校正单元支撑于所述底板之上。
[0008]在本专利技术的一实施例中，所述支撑座为工形支撑座。
[0009]在本专利技术的一实施例中，所述二维校正单元包括支撑于所述支撑座之上的二维运动平台、固定于所述二维运动平台的第一光栅座、设置于所述二维运动平台的x轴螺母，固定于所述x轴螺母的x轴线性促动器，设置于所述二维运动平台的y轴螺母，以及固定于所述y轴螺母的y轴线性促动器；所述第一光栅座用于装配所述第一光栅，所述二维运动平台具有多个柔性结构，多个所述柔性结构包括两个第一柔性结构和设置在两个第一柔性结构之间的第二柔性结构；其中所述二维运动平台通过以所述第二柔性结构为轴来调节所述y轴线性促动器的位移量的方式，使得所述二维运动平台以所述第二柔性结构为轴旋转，从而实现所述拼接光栅绕光栅法线方向的旋转误差Δθ
z
的校正；所述二维运动平台通过以两个所述第一柔性结构为轴来调节所述x轴线性促动器的位移量的方式，使得所述二维运动平台以两个所述第一柔性结构为轴沿x轴方向发生位移，从而实现所述拼接光栅沿光栅矢量方向的平移误差Δx的校正。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述三维校正单元包括支撑于所述底板之上的固定板，间隔设置于所述固定板之上的弹性柱、第一线性促动器、第二线性促动器以及第三线性促动器，柔性固定在所述弹性柱、所述第一线性促动器、所述第二线性促动器以及所述第三线性促动器之上的三维运动平台，以及固定在所述三维运动平台之上的第二光栅座；所述弹性柱和所述第一线性促动器间隔设置在所述固定板的靠近于所述支撑座的一侧，且所述弹性柱和所述第二线性促动器呈对角设置，所述第一线性促动器和所述第三线性促动器呈对角设置，所述第二光栅座用于装配所述第二光栅；其中所述三维运动平台通过固定所述弹性柱和所述第三线性促动器而调节所述第一线性促动器和所述第二线性促动器沿光栅法线方向的位移量的方式，校正所述拼接光栅绕光栅矢量方向的旋转误差Δθ
x
，所述三维运动平台通过固定所述弹性柱和所述第一线性促动器而调节所述第二线性促动器与所述第三线性促动器沿光栅法线方向位移量的方式，校正所述拼接光栅绕光栅栅线方向的旋转误差Δθ
y
，所述三维运动平台通过调节所述弹性柱、所述第一线性促动器、所述第二线性促动器以及所述第三线性促动器沿光栅法线方向的位移量的方式，校正所述拼接光栅沿光栅法线方向的平移误差Δz。
[0011]在本专利技术的一实施例中，所述弹性柱包括外螺纹筒、可转动地套设于所述外螺纹筒的z轴螺母、设置在所述外螺纹筒内的垫片、固定于所述垫片之上的压缩弹簧、以及固定于所述压缩弹簧和所述三维运动平台之间的顶柱，其中所述垫片延伸有至少两个对称设置的滑块，所述外螺纹筒设置有对应的滑槽，所述滑块以突出于对应的所述滑槽的状态设置在所述z轴螺母之上或之下，以此在所述z轴螺母沿所述外螺纹筒被转动时，两个所述滑块被所述z螺母联动而沿所述滑槽滑动，从而使得所述垫片联动所述压缩弹簧移动，由此实现对所述弹性柱沿光栅法线方向的位移量的调节。
[0012]在本专利技术的一实施例中，所述垫片包括四个所述滑块，即所述垫片为十字型垫片。
[0013]在本专利技术的一实施例中，所述三维运动平台和所述固定板上设置有相对应的固定孔，所述三维校正单元还包括第一拉伸弹簧和第二拉伸弹簧，所述第一拉伸弹簧和所述第二拉伸弹簧经由所述固定孔固定在所述三维运动平台和所述固定板之间，用于保持所述三维运动平台与所述弹性柱、所述第一线性促动器、所述第二线性促动器以及所述第三线性促动器之间刚性接触的状态。
[0014]本专利技术在另一方面还提供了一种高精度的光栅拼接误差校正方法，包括步骤：
[0015]S1、将第一光栅装配于二维校正单元，并将第二光栅装配于三维校正单元，所述第一光栅和所述第二光栅形成拼接光栅；
[0016]S2、通过所述二维校正单元调整所述第一光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅法线方向的旋转误差Δθ
z
和沿光栅矢量方向的平移误差Δx；以及
[0017]S3、通过所述三维校正单元调整所述第二光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅矢量方向的旋转误差Δθ
x
，绕光栅栅线方向的旋转误差Δθ
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，以及沿光栅法线方向的平移误差Δz，其中光栅法线方向为z轴方向，光栅矢量方向为x轴方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度的光栅拼接误差校正装置，其特征在于，包括底座，设置在所述底座上并用于装配第一光栅的二维校正单元，以及设置在所述底座上并用于装配第二光栅的三维校正单元，其中所述第一光栅和所述第二光栅拼接形成拼接光栅，其中所述二维校正单元用于调整所述第一光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅法线方向的旋转误差Δθ
z
和沿光栅矢量方向的平移误差Δx，其中所述三维校正单元用于调整所述第二光栅的位置姿态，以校正所述拼接光栅绕光栅矢量方向的旋转误差Δθ
x
，绕光栅栅线方向的旋转误差Δθ
y
，以及沿光栅法线方向的平移误差Δz，其中光栅法线方向为z轴方向，光栅矢量方向为x轴方向，光栅栅线方向为y轴方向，通过所述二维校正单元和所述三维校正单元分别对所述第一光栅和所述第二光栅的位置姿态的调整，实现所述拼接光栅的五维拼接误差校正。2.根据权利要求1所述的高精度的光栅拼接误差校正装置，其特征在于，所述底座包括底板和设置在所述底板之上的支撑座，所述二维校正单元支撑于所述支撑座之上，所述三维校正单元支撑于所述底板之上，所述支撑座为工形支撑座。3.根据权利要求2所述的高精度的光栅拼接误差校正装置，其特征在于，所述二维校正单元包括支撑于所述支撑座之上的二维运动平台、固定于所述二维运动平台的第一光栅座、设置于所述二维运动平台的x轴螺母，固定于所述x轴螺母的x轴线性促动器，设置于所述二维运动平台的y轴螺母，以及固定于所述y轴螺母的y轴线性促动器；所述第一光栅座用于装配所述第一光栅，所述二维运动平台具有多个柔性结构，多个所述柔性结构包括两个第一柔性结构和设置在两个第一柔性结构之间的第二柔性结构；其中所述二维运动平台通过以所述第二柔性结构为轴来调节所述y轴线性促动器的位移量的方式，使得所述二维运动平台以所述第二柔性结构为轴旋转，从而实现所述拼接光栅绕光栅法线方向的旋转误差Δθ
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的校正；所述二维运动平台通过以两个所述第一柔性结构为轴来调节所述x轴线性促动器的位移量的方式，使得所述二维运动平台以两个所述第一柔性结构为轴沿x轴方向发生位移，从而实现所述拼接光栅沿光栅矢量方向的平移误差Δx的校正。4.根据权利要求2或3所述的高精度的光栅拼接误差校正装置，其特征在于，所述三维校正单元包括支撑于所述底板之上的固定板，间隔设置于所述固定板之上的弹性柱、第一线性促动器、第二线性促动器以及第三线性促动器，柔性固定在所述弹性柱、所述第一线性促动器、所述第二线性促动器以及所述第三线性促动器之上的三维运动平台，以及固定在所述三维运动平台之上的第二光栅座；所述弹性柱和所述第一线性促动器间隔设置在所述固定板的靠近于所述支撑座的一侧，且所述弹性柱和所述第二线性促动器呈对角设置，所述第一线性促动器和所述第三线性促动器呈对角设置，所述第二光栅座用于装配所述第二光栅；其中所述三维运动平台通过固定所述弹性柱和所述第三线性促动器而调节所述第一线性促动器和所述第二线性促动器沿光栅法线方向的位移量的方式，校正所述拼接光栅绕光栅矢量方向的旋转误差Δθ
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，所述三维运动平台通过固定所述弹性柱和所述第一线性促动器而调节所述第二线性促动器与所述第三线性促动器沿光栅法线方向位移量的方式，校正所述拼接光栅绕光栅栅线方向的旋转误差Δθ
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，所述三维运动平台通过调节所述弹性柱、所述第一线性促动器、所述第二线性促动器以及所述第三线性促动器沿光栅法线方向的位移量的方式，校正所述拼接光栅沿光栅法线方向的平移误差Δz。
5.根据权利要求4所述的高精度的光栅拼接误差校正装置，其特征在于，所述弹性柱包括外螺纹筒、可转动地套设于所述外螺纹筒的z轴螺母、设置在所述外螺纹筒内的垫片、固定于所述垫片之上的压缩弹簧、以及固定于所述压缩弹簧和所述三维运动平台之间的顶柱，其中所述垫片延伸有至少两个对称设置的滑块，所述外螺纹筒设置有对应的滑槽，所述滑块以突出于对应的所述滑槽的状态设置在所述z轴螺母之上或之下，以此在所述z轴螺母沿所述外螺纹筒被转动时，两个所述滑块被所述z螺母联动而沿所述滑槽滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：糜小涛，杨国军，齐向东，张善文，李逸凡，江思博，周敬萱，
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：