CN110057287A - 用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，主要包括待测平面标准镜、供待测平面标准镜放置的平面标准镜固定环、镜框、圆形测角光栅尺、圆形测角光栅尺链接板、圆形测角光栅尺固定板、电动旋转机构及其控制系统。本发明实现了平面标准镜面形绝对检测的快速替换和旋转角度精密控制，实现了提高检测精度的目的，更能有标志性的评价加工水平，为加工精度的进一步提高提供指导意义，同时可为各类口径干涉仪的计量校准提供重要的参考意义。

Description

用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构
技术领域
本发明涉及高精度平面光学元件的高精度检测，具体是一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构。可实现平面元件全口径的绝对面形检测，提高检测精度，更能有标志性的定量加工水平，为加工精度的进一步突破实现指导意义，同时可为各类口径干涉仪的计量校准提供重要的参考意义。
背景技术
目前光学元件对检测水平要求越来越高，特别是在投影光刻曝光光学系统中，对元件面形RMS值的要求达到纳米甚至亚纳米级别，这对光学检测水平是一个极高的挑战。目前，干涉测量法是一种最为有效的高精度光学平面的测量方法。常用的光学元件面形检测方法基本属于相对检测法，其测量结果仅能表征待测元件相对于参考镜的面形偏差，检测精度低于参考镜的面形精度。随着高功率固体激光装置对光学元件面形精度要求的不断提高，相对检测法已经不能满足光学元件加工及使用的需求，因此实现光学元件面形的绝对检测是目前亟待解决的问题。绝对检测就是一种能够实现将参考平面误差从测量结果中分离出去从而得到被测元件绝对面形的方法。可实现纳米精度的面形测量，逐渐成为光学检测的关键技术。
现阶段，干涉仪检测都是相对测量，干涉检测的精度受到干涉仪自身参考镜面形的限制(PV值一般优于0.1λ)，特别当检测元件面形质量PV优于0.1λ甚至更高的时候，就无法判别测量结果的准确性，需要对参考镜误差进行分离，实现绝对测量。
目前的三面互检方法，存在着旋转精度不够高，标准镜装夹容易产生变形，且形变量无法估计，使三面互检的精度受到了限制。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，可实现平面标准镜绝对面形检测的应用需求，提升了设备检测的检测精度和能力，为高精度平面光学元件的质量评定提供可靠的检测依据。实现平面光学元件的绝对面形检测，提高检测精度。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特点在于，包括供待测平面标准镜放置的平面标准镜固定环、镜框、圆形测角光栅尺、圆形测角光栅尺链接板、圆形测角光栅尺固定板、电动旋转机构及其控制系统；
所述的镜框由互相平行的前固定板和后挂板，以及连接该前固定板和后挂板的连接杆构成；
所述的圆形测角光栅尺链接板固定在平面标准镜固定环上，所述的圆形测角光栅尺固定板固定在后挂板上，所述的圆形测角光栅尺的两端分别连接所述的圆形测角光栅尺链接板和圆形测角光栅尺固定板，且位于所述的圆形测角光栅尺链接板和圆形测角光栅尺固定板的中心位置；
所述的电动旋转机构及其控制系统包括两个限位从动轮、私服电机、私服电机旋转变向器、摩擦驱动轮和平面标准镜旋转电器控制系统，两个所述的限位从动轮沿后挂板的中轴线对称固定在后挂板的下方，且与所述的平面标准镜固定环相接触，所述的摩擦驱动轮的一端固定在后挂板的上方，另一端与所述的私服电机旋转变向器的旋转轴相连，该私服电机旋转变向器经所述的私服电机与平面标准镜旋转电器控制系统的输出端相连，该平面标准镜旋转电器控制系统的输入端通过导线与圆形测角光栅尺相连。
在所述的镜框上还安装有起吊安装把手，该起吊安装把手的两端分别与所述的前固定板和后挂板相连。
所述的私服电机旋转变向器通过链接杆与摩擦驱动轮相连，摩擦驱动轮通过摩擦驱动轮固定螺栓固定在后挂板的上方，所述的平面标准镜旋转电器控制系统的输出端通过导线与私服电机相连。
所述的限位从动轮通过限位从动轮固定螺栓固定在后挂板上。
所述的摩擦驱动轮通过摩擦驱动轮固定螺栓固定在后挂板的上端。
通过研磨加工所述的平面标准镜固定环与后挂板，使得二者无缝贴合。
所述的待测平面标准镜是通过胶水固定在平面标准镜固定环内，然后再进行标准面的高精度加工。
所述的圆形测角光栅尺测量角度经所述的平面标准镜旋转电器控制系统反馈给私服电机，私服电机驱动摩擦驱动轮可精确控制平面标准镜固定环的旋转角度。
本发明的优点是：
1、通过采用圆形测角光栅尺进行数字化精确角度旋转控制，减小了绝对面形检测过程中由于角度误差引起的像素错位，提高了检测结果的准确性；
2、采用平面标准镜固定环胶合标准镜，标准镜与标准镜固定环胶合后再进行高精度加工，可大大减小标准镜因夹持后由应力引起的较大形变，提高了装置的稳定性；
3、平面标准镜固定环与后挂板通过研磨加工后达到无缝贴合，减小了旋转过程中由于跳动而引入的测量误差，提高了装置的稳定性；
4、本发明旋转装置可以实现直径大于300mm以上的大口径平面任意角度的旋转，可用于不同类型和生产厂商生产的干涉仪进行绝对检测标定。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的后视图；
图3是本发明的俯视图；
图4为平面标准镜固定环胶合标准镜的主视图；
图5为平面标准镜固定环胶合标准镜的俯视图；
图中：1-私服电机、2-前固定板、3-起吊安装把手、4-限位从动轮、5-平面标准镜旋转电器控制系统、6-圆形测角光栅尺、7-圆形测角光栅尺链接板、8-圆形测角光栅尺固定板、9-待测平面标准镜、10-后挂板、11-挂钩开孔、12-平面标准镜固定环、13-限位从动轮固定螺栓、14-摩擦驱动轮固定螺栓、15-摩擦驱动轮、16-透前固定板和后挂板链接杆、17-私服电机旋转变向器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变换范围。
先请参阅图1、图2、图3、图4、图5，图1是本发明的主视图；图2是本发明的后视图；图3为本发明的俯视图；图4为平面标准镜固定环胶合标准镜的主视图；图5是平面标准镜固定环胶合标准镜的俯视图；由图可见，本发明一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构的最佳实施例的构成包括所述的待测平面标准镜、供待测平面标准镜放置的平面标准镜固定环、镜框、圆形测角光栅尺、圆形测角光栅尺链接板、圆形测角光栅尺固定板、电动旋转机构及其控制系统；
所述的镜框由互相平行的前固定板2和后挂板10，以及连接该前固定板2和后挂板10的连接杆16构成；
所述的圆形测角光栅尺链接板7固定在平面标准镜固定环12上，所述的圆形测角光栅尺固定板8固定在后挂板10上，所述的圆形测角光栅尺6的两端分别连接所述的圆形测角光栅尺链接板7和圆形测角光栅尺固定板8，且位于所述的圆形测角光栅尺链接板7和圆形测角光栅尺固定板8的中心位置；
所述的电动旋转机构及其控制系统包括两个限位从动轮4、私服电机1、私服电机旋转变向器17、摩擦驱动轮15和平面标准镜旋转电器控制系统5，两个所述的限位从动轮4沿后挂板10的中轴线对称固定在后挂板10的下方，且与所述的平面标准镜固定环12相接触，所述的摩擦驱动轮15的一端固定在后挂板10的上方，另一端与所述的私服电机旋转变向器17的旋转轴相连，该私服电机旋转变向器17经所述的私服电机1与平面标准镜旋转电器控制系统5的输出端相连，该平面标准镜旋转电器控制系统5的输入端通过导线与圆形测角光栅尺6相连。
所述的镜框上还安装有起吊安装把手3，该起吊安装把手3的两端分别与所述的前固定板2和后挂板10相连。
所述的私服电机旋转变向器17通过链接杆与摩擦驱动轮15相连，摩擦驱动轮15通过摩擦驱动轮固定螺栓14固定在后挂板10的上方，所述的平面标准镜旋转电器控制系统5的输出端通过导线与私服电机1相连。
所述的限位从动轮4通过限位从动轮固定螺栓13固定在后挂板10上。
所述的摩擦驱动轮15通过摩擦驱动轮固定螺栓14固定在后挂板10的上端。
所述的平面标准镜固定环12与后挂板10通过研磨加工后达到无缝贴合的目的。
所述的待测平面标准镜9是通过胶水固定在平面标准镜固定环12内，然后再进行标准面的高精度加工。
所述的圆形测角光栅尺6测量角度经所述的平面标准镜旋转电器控制系统5反馈给私服电机1，私服电机1驱动摩擦驱动轮15可精确控制平面标准镜固定环12的旋转角度。
一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构的主要技术优势是可以实现直径大于300mm以上的大口径平面任意角度的旋转，可以实现平面元件全口径的绝对面形检测，提高了检测精度，更能有标志性的定量评价加工水平，为加工精度的进一步突破实现了指导意义，同时可为各类口径干涉仪的计量校准提供重要的参考意义。
本专利所述的一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构实现了平面光学元件的绝对面形检测功能，经过实际的光学检测实验，所测得的Φ300mm口径的平面光学元件的面形偏差PV值优于1/100波长，面形偏差RMS优于1/1000波长，面形偏差PSD1优于1/1000波长，大大提高了仪器的检测口径及检测精度。
实验证明，本发明顺利完成将会对国家重大专项所需的高精度光学元件的高精度检测提供技术支持，提供高精度的测试结果，高置信度的测试数据，更能有标志性的定量加工水平，为加工精度的进一步突破实现指导意义，也可为各类口径干涉仪的计量校准提供重要的参考意义。同时本发明的实施将有力促进相关单元元件的自主研发能力，突破国内外现有现况并产生巨大的经济效益和社会效益。

Claims (8)

1.一种用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，包括供待测平面标准镜(9)放置的平面标准镜固定环(12)、镜框、圆形测角光栅尺(6)、圆形测角光栅尺链接板(7)、圆形测角光栅尺固定板(8)、电动旋转机构及其控制系统；
所述的镜框由互相平行的前固定板(2)和后挂板(10)，以及连接该前固定板(2)和后挂板(10)的连接杆(16)构成；
所述的圆形测角光栅尺链接板(7)固定在平面标准镜固定环(12)上，所述的圆形测角光栅尺固定板(8)固定在后挂板(10)上，所述的圆形测角光栅尺(6)的两端分别连接所述的圆形测角光栅尺链接板(7)和圆形测角光栅尺固定板(8)，且位于所述的圆形测角光栅尺链接板(7)和圆形测角光栅尺固定板(8)的中心位置；
所述的电动旋转机构及其控制系统包括两个限位从动轮(4)、私服电机(1)、私服电机旋转变向器(17)、摩擦驱动轮(15)和平面标准镜旋转电器控制系统(5)，两个所述的限位从动轮(4)沿后挂板(10)的中轴线对称固定在后挂板(10)的下方，且与所述的平面标准镜固定环(12)相接触，所述的摩擦驱动轮(15)的一端固定在后挂板(10)的上方，另一端与所述的私服电机旋转变向器(17)的旋转轴相连，该私服电机旋转变向器(17)经所述的私服电机(1)与平面标准镜旋转电器控制系统(5)的输出端相连，该平面标准镜旋转电器控制系统(5)的输入端通过导线与圆形测角光栅尺(6)相连。
2.根据权利要求1所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，在所述的镜框上还安装有起吊安装把手(3)，该起吊安装把手(3)的两端分别与所述的前固定板(2)和后挂板(10)相连。
3.根据权利要求1所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的私服电机旋转变向器(17)通过链接杆与摩擦驱动轮(15)相连，摩擦驱动轮(15)通过摩擦驱动轮固定螺栓(14)固定在后挂板(10)的上方，所述的平面标准镜旋转电器控制系统(5)的输出端通过导线与私服电机(1)相连。
4.根据权利要求1所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的限位从动轮(4)通过限位从动轮固定螺栓(13)固定在后挂板(10)上。
5.根据权利要求1所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的摩擦驱动轮(15)通过摩擦驱动轮固定螺栓(14)固定在后挂板(10)的上端。
6.根据权利要求1-5任一所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的平面标准镜固定环(12)与后挂板(10)通过研磨加工后达到无缝贴合的目的。
7.根据权利要求1-5任一所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的待测平面标准镜(9)是通过胶水固定在平面标准镜固定环(12)内，然后再进行标准面的高精度加工。
8.根据权利要求1-5任一所述的用于干涉仪平面标准镜绝对面形检测的旋转机构，其特征在于，所述的圆形测角光栅尺(6)测量角度经所述的平面标准镜旋转电器控制系统(5)反馈给私服电机(1)，私服电机(1)驱动摩擦驱动轮(15)控制平面标准镜固定环(12)的旋转角度。
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