本发明属于光栅制造，尤其涉及一种光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法。
背景技术：
1、机械刻划法作为衍射光栅制造的重要方法之一，其原理是通过刀具对光栅基底上镀制的金属薄膜进行挤压和抛光，发生弹塑性形变形成一定刻槽形状，最终形成光栅刻线。光栅刻划机作为机械刻划法的实现形式，其结构主要分为分度系统、刻划系统和刀架系统，刻划系统主要负责带动光栅毛胚做往复运动，分度系统主要负责带动刀架系统进行直线运动，刀架系统主要进行抬落刀动作，抬刀动作，即将刻刀抬起，与光栅基底分离，落刀动作，即将刻刀落下，与光栅基底接触。
2、实际工作中，刻划系统的运动速度过快，会使刻线不是挤压成型，而变成去屑成型，进而造成槽形误差大、表面粗糙度高，同时速度过快会造成刀具损坏过快；速度过慢时，会产生爬行现象，对光栅槽型造成影响，而且会影响工作效率。且由于刻划系统沿着刻划方向运动时，由于速度、震动等因素其在分度方向(即垂直于刻划方向)仍会抖动，和刻刀之间在分度方向就会产生一个相对位移量，这个位移量会对光栅刻线质量产生影响。
3、因此，光栅刻划机刻划光栅前需要调整刻划系统的运动速度、抬落刀速度等初始状态参数以保证刻划过程中仪器相对稳定。目前，都采用人工估值或人工尝试，距离最优状态有可能相差甚远，在距离最优状态可能相差甚远时工作，会加快刀具的磨损，而且人工试验效率低下，耗费人工，最终值准确性不高。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明创造旨在提供一种光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，通过外差激光干涉测量法进行刻划轴与刀具在分度方向的相对位移量，之后搭配二分法和迭代法确定仪器的相对最优的刻划速度，进而保证刻划过程中仪器相对稳定。
2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
3、一种光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，具体包括以下步骤：
4、s1：将刀架系统安装在分度系统上，待加工光栅安装在垂直于分度系统的运动方向的刻划系统上，偏差测量系统安装在分度系统和刻划系统上；控制系统分别与分度系统、刻划系统与偏差测量系统连接；
5、s2：在控制系统中设定对待加工光栅加工的最小加工速度和最大加工速度，以及刀架系统和分度系统在分度系统的运动方向上的目标相对误差；
6、s3：控制系统根据最小加工速度控制分度系统和刻划系统对待加工光栅进行加工，并通过偏差测量系统得到在最小加工速度下对应的刀架系统和分度系统在分度系统的运动方向上的实际相对误差；
7、s4：以最大加工速度替换最小加工速度，并重复步骤s3，得到在最大加工速度下对应的刀架系统和分度系统在分度系统的运动方向上的实际相对误差；
8、s5：控制系统将当前两个实际相对误差与目标相对误差进行比较：若两个实际相对误差中的最小值小于等于目标相对误差，最小值对应的加工速度即为目标加工速度，并停止对待加工光栅进行加工；若两个实际相对误差中的最小值大于目标相对误差，计算两个实际相对误差对应的加工速度的平均速度，以平均速度替换当前两个实际相对误差中的最大值对应的加工速度，再重复步骤s3计算平均速度对应的实际相对误差；
9、s6：将最小值和平均速度的实际相对误差与目标相对误差进行比较，并重复步骤s5，直至当前两个实际相对误差中的最小值小于等于目标相对误差，此时的最小值对应的加工速度即为目标加工速度。
10、进一步的，在步骤s1中，分度系统包括分度气浮位移台；其中，分度气浮位移台的分度固定基座安装在工作平台上，刀架系统安装在分度气浮位移台的分度移动台上，使分度移动台带动刀架系统沿分度固定基座进行移动；分度固定基座与控制系统连接，使分度固定基座根据控制系统的控制信号驱动分度移动台。
11、进一步的，在步骤s1中，刀架系统包括抬落刀电机支架、抬落刀电机、刻划刀架以及刻划刀具；其中，抬落刀电机支架安装在分度移动台上，抬落刀电机和刻划刀架安装在抬落刀电机支架上，且刻划刀架与抬落刀电机的自由端相接，使抬落刀电机控制刻划刀架进行抬落运动；刻划刀具安装在刻划刀架上，完成对待加工光栅的刻划。
12、进一步的，在步骤s1中，刻划系统包括刻划气浮位移台；其中，刻划气浮位移台的刻划固定基座安装在工作平台上，且刻划固定基座垂直于分度固定基座设置；待加工光栅通过光栅底座固定安装在刻划气浮位移台的刻划移动台上；刻划固定基座与控制系统连接，使刻划固定基座根据控制系统的控制信号驱动刻划移动台。
13、进一步的，在步骤s1中，偏差测量系统包括激光器、测量镜、干涉计、探测器和测量板卡；其中，激光器和干涉仪安装在分度移动台上，测量镜安装在刻划移动台上，使激光器发出的参考激光经干涉计照射在测量镜上，测量镜将产生的反射激光反射回干涉计中；参考激光与反射激光在干涉计中发生干涉；探测器与干涉计连接，干涉计产生的干涉信号传递到探测器中，探测器再将探测结果传递到测量板卡中，测量板卡根据接收到的探测结果进行计算，得到不同加工速度下刀架系统和分度系统在分度系统的运动方向上的位移偏差，再将位移偏差传输到控制系统中。
14、进一步的，在步骤s1中，控制系统包括工控机和控制器；其中，工控机完成最小加工速度、最大加工速度和目标相对误差的设定，工控机与测量板卡连接，使工控机根据测量板卡传输来的位移偏差计算出不同加工速度下的实际相对误差；控制器分别与工控机、分度固定基座、刻划固定基座和抬落刀电机连接，工控机向控制器发送控制信号，进而调整分度移动台和刻划移动台的运动距离和加工速度。
15、进一步的，步骤s3具体包括以下步骤：
16、s31：工控机向控制器发送刻划指令，控制器分别控制分度固定基座、刻划固定基座和抬落刀电机带动分度移动台、刻划移动台和刻划刀具回归初始位置；
17、s32：抬落刀电机带动刻划刀具进行落刀运动，使刻划刀具与待加工光栅接触，此时刻划移动台以最小加工速度带动待加工光栅运动，使刻划刀具在待加工光栅的加工表面留下刻痕；
18、s33：打开激光器并在干涉计中产生干涉信号，探测器将干涉信号转换为电信号并传递给测量板卡，测量板卡根据电信号通过下式得到位移偏差，并将得到的位移偏差传输给工控机：
19、
20、其中，i＝{1,2,…,n}表示刻划刀具对待加工光栅的刻划次数；xi表示第i次刻划时的位移偏差；λr表示激光器发出的激光的波长，δf表示由于测量镜的位移而引起的激光频率的多普勒频移；
21、s34：控制抬落刀电机带动刻划刀具进行抬刀运动：刻划刀具与待加工光栅分离；控制刻划移动台回到初始位置；控制分度移动台带动刻划刀具移动至待加工光栅的下一次加工位置的上方；
22、s35：重复n次步骤s32～s34，并向工控机传输n次刻划的位移偏差x1,x2,…,xn；在工控机中通过下式得到n次刻划的平均位移偏差：
23、
24、其中，表示平均位移偏差；
25、s36：在工控机中通过下式得到最小加工速度下的实际相对误差：
26、
27、其中，δl表示最小加工速度下的实际相对误差；
28、控制分度移动台带动刻划刀具移动至待加工光栅的下一次加工位置的上方。
29、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：
30、本发明创造所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法采用外差激光干涉测量法来测量刻划轴与刀具在分度方向的相对位移量，避免人工估值降级测量精度的问题；再根据测得的相对位移量利用二分法和迭代法确定相对最优刻划速度，进而保证刻划过程中仪器相对稳定。
1.一种光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，所述分度系统包括分度气浮位移台；其中，所述分度气浮位移台的分度固定基座安装在工作平台上，所述刀架系统安装在所述分度气浮位移台的分度移动台上，使所述分度移动台带动所述刀架系统沿所述分度固定基座进行移动；所述分度固定基座与所述控制系统连接，使所述分度固定基座根据所述控制系统的控制信号驱动所述分度移动台。
3.根据权利要求2所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，所述刀架系统包括抬落刀电机支架、抬落刀电机、刻划刀架以及刻划刀具；其中，所述抬落刀电机支架安装在所述分度移动台上，所述抬落刀电机和所述刻划刀架安装在所述抬落刀电机支架上，且所述刻划刀架与所述抬落刀电机的自由端相接，使所述抬落刀电机控制所述刻划刀架进行抬落运动；所述刻划刀具安装在所述刻划刀架上，完成对所述待加工光栅的刻划。
4.根据权利要求3所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，所述刻划系统包括刻划气浮位移台；其中，所述刻划气浮位移台的刻划固定基座安装在工作平台上，且所述刻划固定基座垂直于所述分度固定基座设置；所述待加工光栅通过光栅底座固定安装在所述刻划气浮位移台的刻划移动台上；所述刻划固定基座与所述控制系统连接，使所述刻划固定基座根据所述控制系统的控制信号驱动所述刻划移动台。
5.根据权利要求4所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，所述偏差测量系统包括激光器、测量镜、干涉计、探测器和测量板卡；其中，所述激光器和所述干涉仪安装在所述分度移动台上，所述测量镜安装在所述刻划移动台上，使所述激光器发出的参考激光经所述干涉计照射在所述测量镜上，所述测量镜将产生的反射激光反射回所述干涉计中；所述参考激光与所述反射激光在所述干涉计中发生干涉；所述探测器与所述干涉计连接，所述干涉计产生的干涉信号传递到所述探测器中，所述探测器再将探测结果传递到所述测量板卡中，所述测量板卡根据接收到的探测结果进行计算，得到不同加工速度下所述刀架系统和所述分度系统在所述分度系统的运动方向上的位移偏差，再将所述位移偏差传输到所述控制系统中。
6.根据权利要求5所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：在所述步骤s1中，所述控制系统包括工控机和控制器；其中，所述工控机完成所述最小加工速度、所述最大加工速度和所述目标相对误差的设定，所述工控机与所述测量板卡连接，使所述工控机根据所述测量板卡传输来的位移偏差计算出不同加工速度下的实际相对误差；所述控制器分别与所述工控机、所述分度固定基座、所述刻划固定基座和所述抬落刀电机连接，所述工控机向所述控制器发送控制信号，进而调整所述分度移动台和所述刻划移动台的运动距离和加工速度。
7.根据权利要求6所述的光栅刻划机相对最优初始状态自动优化方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括以下步骤：
