离子束抛光离子源坐标位置标校系统和标校方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精密光学元件加工，尤其是离子束抛光设备的标校，属于精密光学技 术领域。
【背景技术】
[0002] 离子束抛光技术的基本原理是利用离子溅射原理，将宽束低能离子源发出的具有 高斯形状的离子束轰击工件表面，轰击过程中，当工件表面原子获得足够的能量可以摆脱 表面束缚能时，就会脱离工件表面。以此去除工件高点误差，实现面形精度误差收敛。离 子束抛光具有非接触式的材料去除特点，避免了加工过程中接触应力的产生，由于去除方 法稳定，为纳米量级的材料去除，使得离子束抛光精度高，广泛应用于超精密光学元件加工 过程中。
[0003] 在离子束抛光过程中，需要精确定位来实现工件镜面误差的精确去除，因此，离子 源及工件坐标位置需要采用一定方法来精确标定和校准，才能实现离子束抛光的精确加 工。离子束抛光设备运动轴的精度需要优于〇. 〇5_，而离子源与工件的对准坐标则需要精 度优于0. 1mm，否则会影响加工精度。
[0004] 对于离子束抛光设备，离子源一般是固定在真空室内的运动轴上，通过运动轴的 运动实现离子源产生的离子束对工件的遍历扫描，从而完成加工过程。由于离子源需要定 期更换损耗件和维护保养，如更换栅网、光阑等，需要把离子源取出，在重新安装后，离子源 固定的坐标位置基本不能复原，会存在偏差，偏差误差会在0. 1 - Imm左右，甚至更大，如果 不重新标校，与之前精确标校的位置坐标会有误差，从而造成加工位置对准误差，进而影响 加工精度。
[0005] 目前采用单纯的提取电流信号最大值处的坐标而求解偏差的方法，存在的问题 是，法拉第杯扫描记录过程中需要记录扫描坐标与该坐标点的电流信号值，因此需要采用 离散点扫描、记录的方式，获得与坐标对应的电流数值，由于扫描间距的存在，扫描记录的 电流信号最大值处坐标并不一定是实际的电流信号最大值处坐标，该坐标信息有一个扫描 间距的误差，因此造成这种方法误差较大而不准确。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供一种离子源坐标位置标校系统和标校方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 离子束抛光离子源坐标位置标校系统，包括离子源，还包括法拉第杯及杯安装座、信号 放大器、PLC、计算机和运动系统运动系统安装在离子束抛光设备上，离子源安装在运动系 统上，法拉第杯位于运动系统各个运动轴的行程范围内；法拉第杯依次与信号放大器、PLC、 计算机电联接。
[0008] 离子束抛光离子源坐标位置标校方法，包括以下步骤： A.安装好法拉第杯后，精确获取法拉第杯中心的坐标位置，即在运动系统上的位置坐 标（I。，Jo); B. 对离子源安装聚焦引束光学系统，使得离子源产生的离子束以高斯能量分布形状引 出，然后对离子束设备抽真空，开启离子源； C. 编写扫描代码，扫描代码扫描步进间距和扫描范围根据离子源安装的光阑口径而 定，然后通过运动控制软件通过扫描代码驱动离子源对法拉第杯分别进行X轴和Y轴方向 的扫描，扫描采用离散点方式，每扫描到一个位置，PLC采集记录经信号放大器放大的该位 置的电流信号数值； D. 扫描完后，通过算法程序对基于PLC获取的数据进行分析处理，运算得到离子源束 斑中心相对于法拉第杯的坐标位置偏差，偏差坐标为（A，4); E. 在运动控制软件上把扫描处理得到的偏差进行坐标位置（A，4)偏置补偿，矫正离 子源中心相对工件坐标位置的偏差； F. 标校后即实现工件坐标位置精确对准，后续若有离子源维护、更换光阑操作，返回 步骤B开始新的标校； G. 对记录的法拉第杯扫描电流信号数值与扫描坐标位置一一对应，分别对X轴、Y轴 扫描坐标和信号数据生成两个数据矩阵； H. 根据步骤A的数据矩阵对信号数据进行高斯曲线拟合，求解高斯曲线方程，方程为：
求出上述方程的A、4值； I. A减去法拉第杯中心位置的X轴坐标值，A减去法拉第杯2中心位的Y轴坐标值， 即获得离子源中心偏离法拉第杯中心的坐标值（A- A，Λ)。
[0009] 本发明的有益效果是，通过硬件和软件相结合的系统方法，能快速有效的测量出 离子源束流中心坐标位置相对于工件坐标的偏差，并在运控控制系统中进行补偿，有效的 提升加工坐标的精确对准，从而提升离子束抛光精度；比单纯的提取电流信号最大值处的 坐标而求解偏差的方法精度更高；采用X轴和Y轴的分步扫描方法，能实现X轴和Y轴的坐 标偏差测量和补偿。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明标校系统结构示意图； 图中零部件及编号： 1一尚子源，2-法拉第杯，3-杯安装座，4一彳目号放大器，5-PLC， 6一运动系统，7-计算机。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明进一步说明。
[0012] 参见图1，离子束抛光离子源坐标位置标校系统，包括离子源1，还包括法拉第杯2 及杯安装座3、信号放大器4、PLC 5、计算机7和运动系统6 ;运动系统6安装在离子束抛光 设备上，离子源1安装在运动系统6上，法拉第杯2位于运动系统6各个运动轴的行程范围 内；法拉第杯2依次与信号放大器4、PLC 5、计算机7电联接。
[0013] 运动系统6为三维坐标的移动平台。即假定离子源1在X轴、Y轴、Z轴上均存在 偏移，本实施方式以二维坐标为例。
[0014] 信号放大器4为电流信号放大器。使得离子束束流能更准确提取。
[0015] 离子源1固定在离子束抛光设备的运动系统6上；法拉第杯2固定在法拉第杯安 装座3上，法拉第杯安装3固定在离子束抛光设备上，并确保法拉第杯2位置在运动系统6 各个轴的行程范围内，并且法拉第杯2与杯安装座3安装位置不与工件位置冲突；信号放大 器4 一端通过信号线与法拉第杯2连接，另一端通过信号线连接到PLC 5上；PLC 5通过信 号线连接到计算机7 ;计算机7中安装有运控控制软件和算法程序。
[0016] 该系统基于离子源1、法拉第杯2、信号放大器4、PLC 5、运动系统6、运控控制软 件、算法程序等硬件和软件，通过驱动离子源1对法拉第杯2进行扫描，由于法拉第杯2经 安装好后，坐标位置是固定的，即法拉第杯2相对于工件的坐标位置不变，通过测量出离子 源1中心相对法拉第杯2中心的位置偏差，即可求出离子源1中心相对工件位置的坐标偏 差。
[0017] 通过运动系统6对法拉第杯2进行扫描，法拉第杯2获取离子源1离子束的电流 信号，经过信号放大器4放大，然后通过PLC 5获取信号并传输到计算机7,数据在计算机7 记录保存后，通过算法计算处理，得到离子源1坐标的偏差信息，从而进行补偿标校由于离 子源光阑更换、离子源取出维护等操作而造成的坐标位置误差。
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