[发明专利]光栅栅距实时在线全自动测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明专利主要涉及一种光栅栅距实时在线全自动测量方法及装置。

背景技术

光栅栅距目前的测量方法

光栅位移测量是以光栅栅距为测量基准，光栅的累积刻线误差被引入到测量误差中，量程越长误差越大，因此必须要修正该误差，特别是光栅位移的大量程纳米级测量，需要在光栅传感器全程范围内对每一个点进行逐点误差补偿，所以必须测量出每个栅距值。

目前的测量方法可分为直接测量法和间接测量法，直接测量法主要是借助相关的仪器直接确定光栅参数；而间接测量法是先得到相关仪器的测量量，通过对测量量进行公式计算或者数据反演再得到光栅参数。直接测量法一般包括： 微型探针法、原子力显微镜( Atomic Force Microscopy，AFM) 测量法和扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscopy，SEM) 测量法等。其中探针法属于接触式测量，AFM 测量法分为接触模式、非接触模式、点拍模式和侧向力模式；SEM 测量法属于非接触式测量。间接测量法包括：激光衍射( Laser Diffraction，LD) 测量法、散射测量术( Scatterometry)、分光计测量法、透射光谱测量法、衍射能量比测量法等。随着光栅制造技术的不断进步，光栅结构越来越复杂，刻线越来越密，这也对光栅参数测量精度要求越来越高。同时随着光栅精密位移测量向着大量程、纳米级的发展，对光栅栅距的测量与修正更为紧迫，但是目前的测量方法还不能实现在线实时自动测量。

综上所述，目前的光栅栅距常数测量是离线的、非实时的，测量繁琐成本高，量程有限。

发明内容

发明目的：本发明提供一种光栅栅距实时在线快速准确的测量方法及装置，其目的是解决目前的光栅栅距测量中所存在的不能在线测量、不能实时测量、测量繁琐、成本高、量程有限、误差较大和实用性差的问题。

技术方案：本发明专利是通过以下技术方案来实现的：

一种光栅栅距实时在线全自动测量方法，其特征在于：在光栅传感器运动过程中在线实时的自动测量光栅栅距常数，可实现栅距的反复测量，并且保存每个栅距的准确值，为位移测量的累积误差修正提供准确的数据依据，该方法的步骤如下：

①、速度的测量：光栅传感器内置的光电转换器将光信号转换成电信号，光电转换器均匀分布在一个莫尔条纹周期内，相互位置固定不变，一般传感器内置四个光电转换器，设两个光电转换器之间的距离为l，在测量过程中，由自动精密工作台带动光栅传感器运动，在运行过程中光栅传感器输出四路莫尔条纹信号，利用高精度同步数据采集系统采集该四路信号，并对任意两路信号进行相关，基于相关原理测量两路信号的时间延时即渡越时间                                                ，再通过距离l与渡越时间之比得到光栅传感器的运行速度，计算如下：

渡越时间的计算：

其中r_xy表示：互相关函数，x(m)、y(m)分别表示任意两路信号；

m表示：任一时刻；

N表示： N为采样点数，即数据采集的长度；

n表示：延迟量；

互相关函数r_xy(n)峰值点所处位置n_max对应着渡越时间，并有

 = n_max·T_s= n_max/f_s

式中: f_s为采样频率， T_s为采样间隔；

为了避免信号本身幅值对其相关性程度量的影响，可将相关函数归一化为相关系数函数 ,其中r_xx（0）、r_yy（0）为n=0自相关函数的值；