CN104536073A - 一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光栅刻划技术领域，具体公开一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置。本发明包括刀架升降机构、刀架支撑架、微定位工作台、工作台安装座、柔性铰链、压电陶瓷、拉簧、小刀架、金刚石刻刀；压电陶瓷与微定位工作台通过摩擦接触且四个对称的柔性铰链使得微定位工作台在除z轴外的方向具有较大的刚度；微定位工作台在压电陶瓷伸缩运动的作用下，沿z轴方向进行微定位运动，使得金刚石刻刀的实际位置与理想位置的位移偏差最小。本发明采用双轴干涉仪对金刚石刻刀的位置进行实时测量，避免了采用单轴干涉仪导致的阿贝测量误差对金刚石刻刀定位精度的影响，有助于降低金刚石刻刀定位误差，提高光栅刻划质量和性能指标。

Description

一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置

技术领域

本发明涉及光栅刻划技术领域，特别涉及一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置。

背景技术

光栅机械刻划法主要依靠金刚石刻刀在铝膜表面挤压出一系列间距均匀的槽型，因此，对安装金刚石刻刀的刀架系统的结构稳定性以及运行精度要求较高。

现有刻划刀架主动调刀装置采用激光干涉仪对光栅刻划刀架与承载光栅基底的工作台之间的相对位移进行测量，并根据干涉仪测量结果，采用压电执行器对金刚石刻刀的位置进行实时调整，从而使各光栅刻线的实际位置与理论位置之间的偏差最小化。

在现有技术中，压电执行器的一端与刻划刀架固定连接，压电执行器的另一端与刻划导轨滑块固定连接，激光干涉仪的参考反射镜安装在金刚石刻刀上方且与刻刀在垂直方向上有一定距离。由于刻划系统导轨运行的不稳定性以及压电执行器伸缩方向的不确定性，使得激光干涉仪的测量结果存在阿贝测量误差，从而影响光栅刻划质量及性能指标，如杂散光、鬼线和衍射波前等。

发明内容

本发明旨在克服现有光栅刻刀的缺陷，提供一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，包括：刀架升降机构、刀架支撑架、微定位工作台、工作台安装座、柔性铰链、压电陶瓷、拉簧、小刀架、金刚石刻刀；

所述刀架升降机构与所述刀架支撑架固定连接，所述刀架支撑架与所述工作台安装座固定连接；

所述工作台安装座与所述微定位工作台通过四个对称分布的所述柔性铰链固定连接；

所述金刚石刻刀与所述微定位工作台通过所述小刀架固定连接；

所述双轴干涉仪机构包括：双轴干涉仪、参考反射镜、测量反射镜和二维调整架；

还包括：双轴干涉仪机构；

所述双轴干涉仪固定在所述刀架支撑架的底面，所述参考反射镜通过所述二维调整架安装在所述微定位工作台的下表面，所述测量反射镜安装在光栅基底上。

在上述技术方案中，还包括：抬落刀机构，所述抬落刀机构包括抬落刀勾和抬落刀压电陶瓷；

所述抬落刀勾与所述小刀架连接，所述抬落刀压电陶瓷与所述工作台安装座固定连接。

在上述技术方案中，所述压电陶瓷的一端与所述刀架支撑架固定连接，另一端与所述微定位工作台摩擦接触；所述压电陶瓷与微定位工作台通过摩擦接触，且四个对称的柔性铰链使得微定位工作台在除z轴外的方向具有较大的刚度；

所述微定位工作台在所述压电陶瓷伸缩运动的作用下，沿z轴方向进行微定位运动，使得金刚石刻刀的实际位置与理想位置的位移偏差最小。

在上述技术方案中，所述双轴干涉仪由双轴差分干涉仪和一个与所述双轴差分干涉仪成45度角的平面反射镜组成。

在上述技术方案中，所述刀架升降机构包括刀架升降滑块、刀架升降导轨、滑块固定螺丝、微调旋钮和微调旋钮固定螺丝；

所述微调旋钮位于所述刀架升降机构的下端，所述微调旋钮的上表面与所述刀架升降滑块的下表面在重力作用下紧密接触；所述刀架升降滑块与所述刀架升降导轨呈契型连接，且所述刀架升降滑块在所述微调旋钮的调节作用下沿所述刀架升降导轨在垂直方向上自由滑动。

在上述技术方案中，所述微调旋钮用于对所述刀架升降滑块调整，并通过至少三个所述滑块固定螺丝将所述刀架升降滑块固定在所述刀架升降导轨上，所述微调旋钮固定螺丝将所述微调旋钮固定在所述刀架升降导轨上。

本发明具有以下的有益效果：

本发明通过压电陶瓷实时调节金刚石刻刀位置，使得所述金刚石刻刀的实际位置与理想位置的位移偏差最小；采用双轴干涉仪对金刚石刻刀的位置进行实时测量，避免了采用单轴干涉仪导致的阿贝测量误差对所述金刚石刻刀定位精度的影响，有助于降低金刚石刻刀定位误差，提高光栅刻划质量和性能指标，如杂散光、鬼线和衍射波前等；同时，所述微定位工作台在所述压电陶瓷伸缩运动的作用下，沿z轴方向进行微定位运动；由于所述压电陶瓷与所述微定位工作台为摩擦接触，且所述柔性铰链在除z轴以外的其它方向具有较大的刚度；因此，降低了压电陶瓷伸缩方向不确定导致的微定位工作台在除z轴以外的其它方向上产生运动或振动，从而进一步减少所述金刚石刻刀的定位误差。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明一实施例的光栅刻刀主动调整装置的结构图。

图2为本发明一实施例的光栅刻刀主动调整装置的俯视图。

图3为本发明一实施例的光栅刻刀主动调整装置的侧视图。

图4为本发明一实施例的光栅刻刀主动调整装置的仰视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、

“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明提出一种具有阿贝误差校正的光栅刻刀主动调整装置，包括刀架升降机构、刀架支撑架700、微定位工作台300、工作台安装座100、柔性铰链200、压电陶瓷400、拉簧500、小刀架800、金刚石刻刀600。

所述刀架升降机构与所述刀架支撑架700固定连接，所述刀架支撑架700与所述工作台安装座100固定连接，所述刀架升级机构、刀架支撑架700、工作台安装座100为水平方向上依次布置。

所述工作台安装座100与所述微定位工作台300通过四个对称分布的所述柔性铰链200固定连接；具体地，所述所述工作台安装座100呈“]”型，所述所述微定位工作台300布置在所述工作台安装座100的“]”型内，且通过四个对称分布的所述柔性铰链200固定。

所述压电陶瓷400的一端与所述刀架支撑架700固定连接，另一端与所述微定位工作台300摩擦接触；所述压电陶瓷400的两侧对称安装两个所述拉簧500，所述拉簧500产生的弹性封闭力，使得所述压电陶瓷400与所述微定位工作台300始终保持紧密接触。

所述压电陶瓷400与微定位工作台300通过摩擦接触，且四个对称的柔性铰链200使得微定位工作台300在除z轴外的方向具有较大的刚度。这里的“具有较大的刚度”是指：微定位工作台300在z轴方向随着压电陶瓷400运动，在除z轴外的方向随压电陶瓷400运动很小。

所述金刚石刻刀600与所述微定位工作台300通过所述小刀架800固定连接。

所述微定位工作台300在所述压电陶瓷400伸缩运动的作用下，沿z轴方向进行微定位运动；由于所述压电陶瓷400与所述微定位工作台300为摩擦接触，且所述柔性铰链200在除z轴以外的其它方向具有较大的刚度；因此，降低了压电陶瓷400伸缩方向不确定导致的微定位工作台300在除z轴以外的其它方向上产生运动或振动，从而进一步减少所述金刚石刻刀600的定位误差。

本发明光栅刻刀主动调整装置还包括抬落刀机构，用于在光栅刻划过程中实现所述金刚石刻刀的抬刀和落刀动作，所述抬落刀机构包括抬落刀勾901和抬落刀压电陶瓷902。

所述抬落刀勾901与所述小刀架800连接，所述抬落刀压电陶瓷902与所述工作台安装座100固定连接，由于而所述抬落刀压电陶瓷902未与所述微定位工作台300固定连接，因而减少了抬落刀过程中所述抬落刀机构自身振动对所述金刚石刻刀600的振动冲击与扰动。

所述刀架升降机构用于在光栅刻划前对所述金刚石刻刀600和光栅基底的垂直距离进行适当的调整，确保所述金刚石刻刀600在落刀时与光栅基底适当接触，并且确保所述金刚石刻刀600在抬刀时与光栅基底处于脱离状态。

如图3和图4所示，所述刀架升降机构包括刀架升降滑块1201、刀架升降导轨1202、滑块固定螺丝1203、微调旋钮1204和微调旋钮固定螺丝1205。

所述微调旋钮1204位于所述刀架升降机构的下端，所述微调旋钮1204的上表面与所述刀架升降滑块1201的下表面在重力作用下紧密接触；所述刀架升降滑块1201与所述刀架升降导轨1202呈契型连接，且所述刀架升降滑块1201在所述微调旋钮1204的调节作用下沿所述刀架升降导轨1202在垂直方向(即z轴方向)上自由滑动。

所述微调旋钮1204对所述刀架升降滑块1201进行适当调整，并通过至少三个所述滑块固定螺丝1203将所述刀架升降滑块1201固定在所述刀架升降导轨

1202上，同时所述微调旋钮固定螺丝1205将所述微调旋钮1204固定在所述刀架升降导轨1202上。

固定的所述微调旋钮1204从所述刀架升降滑块1201的底面对所述刀架升降滑块1201起到稳定的支撑作用；所述刀架升降导轨1202与光栅刻划系统滑块固定连接，在光栅刻划过程中，光栅刻划系统滑块带动所述刀架升降导轨1202与光栅刻线平行的方向(即光栅刻划方向，平行于x轴)往复运动，进而带动所述金刚石刻刀600沿x轴作往复运动。

如图1至图4所示，本发明光栅刻刀主动调整装置还包括双轴干涉仪机构，所述双轴干涉仪机构包括双轴干涉仪1003、参考反射镜1001、二维调整架1002和测量反射镜(图中未示)。其中双频激光由所述双轴干涉仪1003的一侧(即1003A面)入射至所述双轴干涉仪1003内。

所述双轴干涉仪1003固定于所述刀架支撑架700的底面上，所述参考反射镜1001通过所述二维调整架1002安装于所述微定位工作台300的下表面，所述测量反射镜1004安装于光栅基底上。所述双轴干涉仪1003具有上下两路位移测量功能，因此，可测量所述微定位工作台300与所述光栅基底的相对位移，又可测量微定位工作台300绕x轴的旋转角(即俯仰角)。

具体而言，所述双轴干涉仪1003由美国keysight公司的10721双轴差分干涉仪和一个与双轴差分干涉仪成45度角的平面反射镜组成。

在双轴干涉仪机构装配中，由于无法将所述参考反射镜安装在所述金刚石刻刀600所处的z轴位置，若仅采用单轴干涉仪进行位移测量，将产生阿贝测量误差。

该阿贝测量误差是由所述微定位工作台300在运动过程中俯仰角的变化导致，根据所述干涉仪的测量光轴与所述金刚石刻刀600在y轴方向的距离L和所述微定位工作台的俯仰角β，可计算出阿贝测量误差近似为L*tan(β)；设离光栅基底较近的一路干涉仪测量值为M，则间接计算得到所述金刚石刻刀600与所述光栅基底之间的实际相对位移为M-L*tan(β)。

根据上述计算结果，通过所述压电陶瓷400实时调节所述金刚石刻刀600位置，使得所述金刚石刻刀600的实际位置与理想位置的位移偏差最小。因此，本发明光栅刻刀主动调整装置避免了采用单轴干涉仪导致的阿贝测量误差对所述金刚石刻刀定位精度的影响，有助于提高光栅刻划质量和性能指标，如杂散光、鬼线和衍射波前等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，包括：刀架升降机构、刀架支撑架、微定位工作台、工作台安装座、柔性铰链、压电陶瓷、拉簧、小刀架、金刚石刻刀；

所述刀架升降机构与所述刀架支撑架固定连接，所述刀架支撑架与所述工作台安装座固定连接；

所述工作台安装座与所述微定位工作台通过四个对称分布的所述柔性铰链固定连接；

所述金刚石刻刀与所述微定位工作台通过所述小刀架固定连接；

所述双轴干涉仪机构包括：双轴干涉仪、参考反射镜、测量反射镜和二维调整架；

其特征在于，该光栅刻刀主动调整装置还包括：双轴干涉仪机构；

所述双轴干涉仪固定在所述刀架支撑架的底面，所述参考反射镜通过所述二维调整架安装在所述微定位工作台的下表面，所述测量反射镜安装在光栅基底上。

2.如权利要求1所述的具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，其特征在于，还包括：抬落刀机构，所述抬落刀机构包括抬落刀勾和抬落刀压电陶瓷；

所述抬落刀勾与所述小刀架连接，所述抬落刀压电陶瓷与所述工作台安装座固定连接。

3.如权利要求1所述的具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，其特征在于，

所述压电陶瓷的一端与所述刀架支撑架固定连接，另一端与所述微定位工作台摩擦接触；所述压电陶瓷与微定位工作台通过摩擦接触，且四个对称的柔性铰链使得微定位工作台在除z轴外的方向具有较大的刚度；

所述微定位工作台在所述压电陶瓷伸缩运动的作用下，沿z轴方向进行微定位运动，使得金刚石刻刀的实际位置与理想位置的位移偏差最小。

4.如权利要求1所述的具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，其特征在于，所述双轴干涉仪由双轴差分干涉仪和一个与所述双轴差分干涉仪成45度角的平面反射镜组成。

5.如权利要求1所述的具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，其特征在于，所述刀架升降机构包括刀架升降滑块、刀架升降导轨、滑块固定螺丝、微调旋钮和微调旋钮固定螺丝；

所述微调旋钮位于所述刀架升降机构的下端，所述微调旋钮的上表面与所述刀架升降滑块的下表面在重力作用下紧密接触；所述刀架升降滑块与所述刀架升降导轨呈契型连接，且所述刀架升降滑块在所述微调旋钮的调节作用下沿所述刀架升降导轨在垂直方向上自由滑动。

6.如权利要求5所述的具有阿贝误差校正功能的光栅刻刀主动调整装置，其特征在于，所述微调旋钮用于对所述刀架升降滑块调整，并通过至少三个所述滑块固定螺丝将所述刀架升降滑块固定在所述刀架升降导轨上，所述微调旋钮固定螺丝将所述微调旋钮固定在所述刀架升降导轨上。