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：
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。
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0.05mm，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。
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—1mm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。
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。
技术实现要素：
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。
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。
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（x0，y0）；
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（b1，b2）；
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（b1，b2）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b1、b2值；
I．b1减去法拉第杯中心位置的X轴坐标值，b2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（b1-x0，b2-y0）。
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
图1是本发明标校系统结构示意图；
图中零部件及编号：
1—离子源，2—法拉第杯，3—杯安装座，4—信号放大器，5—PLC，
6—运动系统，7—计算机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
基于法拉第杯1的准确位置，分别进行X轴和Y轴进行步进扫描方法，扫描过程通过PLC 5提取相应扫描位置的电流信号，然后经过数据处理来分别获得X轴和Y轴位置的偏差。
对X轴和Y轴进行步进扫描的范围与光阑口径大约一致，扫描范围可取光阑口径的0.9—1.1倍的范围。
对X轴和Y轴扫描坐标位置与扫描范围、扫描步进间距、法拉第杯坐标位置相关，扫描点位置为从法拉第杯坐标位置减去扫描范围一半值至法拉第杯坐标位置加上扫描范围一半值，在这个坐标范围每间隔一个扫描步进间距值有一个扫描点，逐步扫描。
对离子源采用聚焦引束光学系统，使得离子束束流以高斯形状能量分布引出，对扫描获取的数据进行高斯拟合，得到位置偏差信息。
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2后，精确获取法拉第杯2中心的坐标位置，即在运动系统6上的位置坐标，确定法拉第杯2中心的坐标位置可通过机械精确定位安装或测量来确定坐标位置，坐标位置为（x0，y0），假定为（300，300）；
B．对离子源1安装聚焦引束光学系统，使得离子源1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，步进间距越小，测量出的误差精度越高，但扫描时间会越长，扫描范围与光阑口径大约一致，扫描范围可取光阑口径的0.9—1.1倍的范围，如光阑口径为30mm，扫描范围可设置在27—33mm，扫描步进大致在0.1—1mm，如果设置扫描范围为30mm，扫描步进间距为0.5mm，则X轴的扫描坐标为285—315，在这个范围每隔0.5mm一个扫描点，Y轴扫描坐标亦按这种方法求得为285—315；然后通过运动控制软件通过扫描代码驱动离子源1对法拉第杯2分别进行X轴方向和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 5采集记录经信号放大器4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 5获取的数据进行分析处理，运算得到离子源1束斑中心相对于法拉第杯2的坐标位置偏差，假定位置偏差为（-0.3，0.2）；
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（-0.3，0.2）偏置补偿，矫正离子源1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1维护、更换光阑等操作，返回步骤2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，矩阵分别为：
I1—I61是X轴扫描获得的信号数据值，J1—J61是Y轴扫描获得的信号数据值；
H．根据步骤A的数据矩阵对信号数据进行高斯曲线拟合，如采用matlab软件cftool工具箱的Gaussian函数，求解高斯曲线方程，方程为：
a1、a2为高斯曲线系数，b1、b2为高斯曲线中心轴位置参数，表示相对法拉第杯位置的偏离坐标，因此求出上述方程的b1、b2值即可；
I．b1减去法拉第杯2中心位置的X坐标值，b2减去法拉第杯2中心位置的Y坐标值，即获得离子源1中心偏离法拉第杯中心的坐标值（b1-x0，b2-y0）。