CN108444389A - 一种品字型位移测量光栅的制作方法 - Google Patents

一种品字型位移测量光栅的制作方法 Download PDF

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刘兆武
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Abstract

本发明提供的一种品字型位移测量光栅的制作方法，包括：获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，副测量光栅固定在两个主测量光栅的接缝处，主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布，将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构，调整主测量光栅及副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。通过本发明提出的方法制作符合位移测量要求的长行程、品字型位移测量光栅，方法操作简单，易于实现，解决了高刻线密度光栅难以做长的问题，扩大了衍射光栅位移测量系统的量程。

Description

一种品字型位移测量光栅的制作方法
技术领域
本发明涉及衍射光栅制造技术领域，特别涉及一种品字型位移测量光栅的制作方法。
背景技术
精密位移测量技术在半导体加工、精密机械制造、大尺寸衍射光栅制造以及生物医学等领域占有非常重要的角色。很多领域对精密位移测量技术提出的要求是测量量程大(可达米级尺寸)；测量分辨率和精度高(可达纳米和亚纳米精度)。但是，测量技术要同时兼顾大量程和高分辨率、高精度是非常困难的。
目前实现大量程高精度位移测量的方法主要为激光干涉仪和衍射光栅位移测量系统，激光干涉仪环境敏感性高，测量重复性较差，而且价格昂贵，要保证其高精度测量所需成本大。衍射光栅位移测量系统以光栅栅距为测量基准，采用对称级次衍射光干涉实现位移测量，光路对称且光程短，该位移测量系统受环境制约小，测量重复性好，配合高倍的电子细分能够实现高分辨率和高精度测量，但是其量程受制于测量光栅的尺寸，高刻线密度长光栅的制作依旧是个难题。目前制作高刻线密度光栅的方法主要为全息离子束刻蚀法、机械刻划法。二者在制作大光栅方面还是有很大困难的，比如全息离子束刻蚀法制作大光栅就需要大口径的透镜；机械刻划制作大光栅刻划周期长，而且环境很难控制，很容易出现刻划误差，甚至造成刻划失败。因此，有必要寻找一种新的方法来提高衍射光栅位移测量系统的量程。中国发明专利“长行程、高精度测量的光栅位移测量方法”(申请号：201710734790.X)中，提出了针对“品”型位移测量光栅的位移测量方法，该方法实现了高精度、长行程位移测量。因此，针对该“品”型光栅，需要寻求一种满足系统位移测量要求的制作方法，为长行程、高精度测量的光栅位移测量方法奠定基础。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种品字型位移测量光栅的制作方法，制作符合位移测量要求的长行程、品字型位移测量光栅，方法操作简单，易于实现，解决了高刻线密度光栅难以做长的问题，扩大了衍射光栅位移测量系统的量程。
一种品字型位移测量光栅的制作方法，所述方法包括：
获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，所述两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，所述主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布；
将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构；
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，所述拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。
可选地，所述拼接机构设置在基准平台上，所述基准平台和所述拼接机构之间设有第一锁紧螺钉，所述拼接机构上设有转接块和第二锁紧螺钉，所述主测量光栅和所述副测量光栅安装在所述转接块上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围利用所述第一锁紧螺钉将所述拼接机构和所述基准平台之间锁紧固定；
利用所述第二锁紧螺钉将所述主测量光栅及所述副测量光栅锁紧在所述拼接机构上拼接固定得到品字型位移测量光栅。
可选地，所述拼接机构设置在基准平台上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围将所述拼接机构和所述基准平台之间粘接固定；
将所述主测量光栅及所述副测量光栅与所述拼接机构之间进行粘接固定。
可选地，所述获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅之前，包括：
采用机械刻划法、全息离子束刻蚀或微电子光刻法制所述主测量光栅及所述副测量光栅。
可选地，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，包括：
所述副测量光栅与所述接缝处垂直且所述接缝处与所述副测量光栅的中间区域对应。
可选地，所述主测量光栅与所述副测量光栅宽度相同。
可选地，所述主测量光栅的光栅刻线与所述副测量光栅的光栅刻线对正。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的一种品字型位移测量光栅的制作方法，包括：获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，所述两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，所述主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布，将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构，调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，所述拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。通过本发明提出的方法制作符合位移测量要求的长行程、品字型位移测量光栅，方法操作简单，易于实现，解决了高刻线密度光栅难以做长的问题，扩大了衍射光栅位移测量系统的量程。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的品字型位移测量光栅的制作方法的光栅示意图；
图2本发明实施例中提供的品字型位移测量光栅的制作方法的主测量光栅和副测量光栅拼接示意图；
图3本发明实施例中提供的品字型位移测量光栅的制作方法的拼接误差示意图；
图4本发明实施例中提供的品字型位移测量光栅的制作方法制作更长行程位移测量光栅示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供的一种品字型位移测量光栅的制作方法，所述方法包括：
S101、获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，所述两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，所述主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布；
S102、将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构；
S103、调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，所述拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。
第一种拼接固定的方式采用螺钉固定，所述拼接机构设置在基准平台上，所述基准平台和所述拼接机构之间设有第一锁紧螺钉，所述拼接机构上设有转接块和第二锁紧螺钉，所述主测量光栅和所述副测量光栅安装在所述转接块上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围利用所述第一锁紧螺钉将所述拼接机构和所述基准平台之间锁紧固定；
利用所述第二锁紧螺钉将所述主测量光栅及所述副测量光栅锁紧在所述拼接机构上拼接固定得到品字型位移测量光栅。
第二种拼接固定的方式采用粘接固定，所述拼接机构设置在基准平台上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围将所述拼接机构和所述基准平台之间粘接固定；
将所述主测量光栅及所述副测量光栅与所述拼接机构之间进行粘接固定。
可选地，所述获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅之前，包括：
采用机械刻划法、全息离子束刻蚀或微电子光刻法制所述主测量光栅及所述副测量光栅。
可选地，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，包括：
所述副测量光栅与所述接缝处垂直且所述接缝处与所述副测量光栅的中间区域对应。
可选地，所述主测量光栅与所述副测量光栅宽度相同，对此不做限定。
可选地，所述主测量光栅的光栅刻线与所述副测量光栅的光栅刻线对正，即相邻的主测量光栅的光栅刻线与副测量光栅的光栅刻位于同一直线上。
如图4所示，根据本发明的技术构思，设计制作出更长行程位移测量光栅也在本发明权利要求的保护范围内。该长行程品字型位移测量光栅包含N(N≥2)块主测量光栅以及N-1(N≥2)块副测量光栅，并且沿光栅矢量方向延伸，相邻的两个品字型位移测量光栅副通过相邻的两块主测量光栅的接缝处拼接副测量光栅。
由于该品字型位移测量光栅背面固定有拼接机构，所以在位移测量时可以将品字型位移测量光栅固定不动，读数头固定于待测运动平台并相对于品字型位移测量光栅进行位移运动，从而进行位移测量。
具体地，针对本发明提供的品字型位移测量光栅的制作方法制作长行程、品字型位移测量光栅，可以包括以下步骤：
S1、分别制作满足设计要求的高刻线密度的第一主测量光栅1和第二主测量光栅2以及副测量光栅3，三块光栅的刻线密度相同，第一主测量光栅1、第二主测量光栅2长度大于副测量光栅3的长度，如图1所示，第一主测量光栅1、第二主测量光栅2和副测量光栅3可以根据设计要求选择制作方法，可以为机械刻划法、全息离子束刻蚀法等，也可以用制作出第一主测量光栅1然后复制出第二主测量光栅2。
S2、如图2所示，将制作好的第一主测量光栅1、第二主测量光栅2以及副测量光栅3分别固定于具有同一基准平台7的第一拼接机构4、第二拼接机构5和第三拼接机构6中。第一拼接机构4、第二拼接机构5和第三拼接机构6将第一主测量光栅1、第二主测量光栅2以及副测量光栅3按“品”字的样子进行布局。第一主测量光栅1和第二主测量光栅2分别固定于拼接机构4和拼接机构5上，沿光栅矢量方向首尾拼接形成“品”字下面的“口”位置，副测量光栅3则处在第一主测量光栅1和第一主测量光栅2的接缝处，固定于拼接机构6上形成“品”字上面的“口”位置。
三块光栅之间会存在拼接误差，如图3所示，分别为光栅两两之间的角度旋转误差θxθyθz以及两两之间的平移误差ΔxΔyΔz。可以通过误差检测系统检测三块光栅的拼接误差，并以拼接机构4上的主测量光栅1为基准，分别调整第一拼接机构5和第二拼接机构6，使得主测量光栅2和副测量光栅3的拼接误差在允许范围(即预设范围)内，完成三块光栅的严格拼接。
S3、固定拼接结构完成长行程、品字型位移测量光栅的制作。
由于该位移测量光栅后面固定有拼接机构，所以在位移测量时可以将光栅固定不动，读数头固定于待测运动平台并相对于光栅进行位移运动，从而进行位移测量。
本发明提供的一种品字型位移测量光栅的制作方法，包括：获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，所述两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，所述主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布，将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构，调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，所述拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。通过本发明提出的方法制作符合位移测量要求的长行程、品字型位移测量光栅，方法操作简单，易于实现，解决了高刻线密度光栅难以做长的问题，扩大了衍射光栅位移测量系统的量程。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种品字型位移测量光栅的制作方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅，所述两个主测量光栅沿光栅矢量方向首尾拼接，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，所述主测量光栅及所述副测量光栅共面且呈品字型分布；
将所述至少两个主测量光栅及一块副测量光栅放置于拼接机构；
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，所述拼接间隙为所述主测量光栅及所述副测量光栅之间距离。
2.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述拼接机构设置在基准平台上，所述基准平台和所述拼接机构之间设有第一锁紧螺钉，所述拼接机构上设有转接块和第二锁紧螺钉，所述主测量光栅和所述副测量光栅安装在所述转接块上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围利用所述第一锁紧螺钉将所述拼接机构和所述基准平台之间锁紧固定；
利用所述第二锁紧螺钉将所述主测量光栅及所述副测量光栅锁紧在所述拼接机构上拼接固定得到品字型位移测量光栅。
3.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述拼接机构设置在基准平台上，所述调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置使得拼接间隙符合预设范围进行拼接固定得到品字型位移测量光栅，包括：
调整所述主测量光栅及所述副测量光栅在所述拼接机构上的位置；
当拼接间隙符合预设范围将所述拼接机构和所述基准平台之间粘接固定；
将所述主测量光栅及所述副测量光栅与所述拼接机构之间进行粘接固定。
4.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述获取至少两个主测量光栅及一块副测量光栅之前，包括：
采用机械刻划法、全息离子束刻蚀或微电子光刻法制所述主测量光栅及所述副测量光栅。
5.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述副测量光栅固定在所述两个主测量光栅的接缝处，包括：
所述副测量光栅与所述接缝处垂直且所述接缝处与所述副测量光栅的中间区域对应。
6.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，
所述主测量光栅与所述副测量光栅宽度相同。
7.根据权利要求1所述的品字型位移测量光栅的制作方法，其特征在于，所述主测量光栅的光栅刻线与所述副测量光栅的光栅刻线对正。
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