[实用新型]光栅栅距实时在线测量装置

说明书

技术领域

 本实用新型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

实用新型目的：本实用新型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：本实用新型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测量装置，其特征在于：该装置主要包括精密工作台、电机和控制器；光栅传感器安装在精密工作台上，光栅传感器通过数据采集系统连接至控制器，控制器通过驱动器连接至电机，电机连接至精密工作台。

该装置还包括显示单元和设置参数单元，显示单元和设置参数单元连接至控制器。

光栅传感器包括标尺光栅和指示光栅，标尺光栅设置在精密工作台上，指示光栅设置在标尺光栅上。

控制器内设置有时间T处理单元、栅距处理单元、速度处理单元、存储单元和电机控制单元；时间T处理单元和速度处理单元连接数据采集系统，时间T处理单元连接至栅距处理单元，栅距处理单元一方面连接至显示单元，另一方面连接至存储单元；速度处理单元分别连接至栅距处理单元和电机控制单元，电机控制单元一方面连接设置参数单元，另一方面连接至驱动器。

优点及效果：

本实用新型专利提供一种光栅栅距实时在线全自动测量方法及装置，在光栅传感器运行过程中动态的测量光栅栅距常数。光栅栅距是光栅位移测量的基准，其精度直接决定位移测量的准确性，光栅传感器给出的指标中没有每个栅距的精度，在实际测量中认为其是准确的常数。当测量精度比较低和小量程时，光栅栅距的误差影响不大，可以忽略。随着光栅测量向着纳米级、大量程的发展，需要准确的修正每个栅距的误差。本实用新型提出了测量每个栅距的方法和装置，可以实现位移测量中修正每个栅距，减少累积误差。本实用新型设计了光栅全自动精密运行系统，此系统的运行速度可调，在测量光栅栅距时可以均速、慢速运行。在栅距测量过程中，带动传感器双向、满量程、往复的运动，测量栅距时对传感器输出信号处理具有无需辨向、单向处理的优势，并且光栅输出信号质量较好。通过分别测量光栅运行速度和一个栅距内时间周期再进行相乘获得栅距。本实用新型实现的是快速在线测量栅距并存储在内存中，可为光栅位移的累积误差修正特别是大量程纳米精度的实现奠定基础，还可以用在光栅质量检测和其它光栅常数的测量应用中。与现有的测量方法相比，该方法具有测量精度高、在线实时测量、测量速度快、成本低、重复性好、实用性强、全自动等特点。

附图说明：

图1-1为莫尔条纹图；

图1-2 为莫尔条纹测量原理图；

图2为莫尔条纹光强的波形图；

图3为本实用新型测速的原理框图；

图4为整形信号图；

图5为本实用新型的光栅栅距实时在线全自动测量装置的结构示意图。