正交衍射光柵計(jì)量原理及在超精密工作臺(tái)上的應(yīng)用.pdf

1、為了滿(mǎn)足現(xiàn)代各種不同精密加工與測(cè)量的要求，世界各國(guó)都在研制各種各樣的精密工作臺(tái)，它的研究發(fā)展很快。計(jì)量型、寬范圍、高精密的二維位移工作臺(tái)具有廣闊的應(yīng)用前景，本文為此，展開(kāi)研究，其核心內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：(1)二維位移計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的研究；(2)高精度運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)二維位移工作臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究。 首先闡述了正交光柵計(jì)量的基本原理和方法?；陔姶艌?chǎng)理論上亥姆霍爾茨（Helmholtz）波方程建立了光柵向量普適方程，并將此方程應(yīng)用于光柵計(jì)

2、量系統(tǒng)的光路布局設(shè)計(jì)。 應(yīng)用光柵向量普適方程，建立光柵偏轉(zhuǎn)變化與衍射光束方位變化的數(shù)學(xué)模型?；诖四Ｐ?，對(duì)不同偏轉(zhuǎn)情況下的光柵干涉條紋進(jìn)行了仿真。根據(jù)衍射光柵的計(jì)量特點(diǎn)，建立了正交衍射光柵測(cè)量誤差模型，推導(dǎo)了光柵安裝誤差與測(cè)量誤差之間的關(guān)系。 分析了干涉條紋兩路光電差分信號(hào)的有效范圍，提出采用橢圓擬合對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行擬合、校正與補(bǔ)償，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量精度的方法。 提出干涉條紋光電接收的差分光電管零間隔與田字型光

3、電管兩種新型布置方法，解決了正交衍射光柵產(chǎn)生的干涉條紋質(zhì)量相對(duì)較差影響測(cè)量結(jié)果的難題，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。 采用積分法對(duì)新型接收方法所得信號(hào)的幅值與相差進(jìn)行了分析，建立了條紋寬度、旋轉(zhuǎn)角度與光電信號(hào)幅值、相差的理論關(guān)系模型。同傳統(tǒng)的相位分析法相比，積分法更能反映光電接收信號(hào)與光強(qiáng)、接收面積的關(guān)系。 應(yīng)用建立的干涉條紋噪聲模型，對(duì)光電管新型布置方法與傳統(tǒng)布置方法的信噪比進(jìn)行分析，理論與實(shí)驗(yàn)分析均表明新方法能極大

4、提高信噪比，抑制直流漂移的影響。 提出了一種處理CCD干涉條紋的橢圓擬合算法，闡述了該算法的基本思想與實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)對(duì)仿真干涉條紋的計(jì)算結(jié)果，表明該算法具有穩(wěn)定性高、速度快與精度高等特點(diǎn)。 采用平面正交衍射光柵作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，設(shè)計(jì)并研制了一臺(tái)共計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器與共運(yùn)動(dòng)基面的二維位移工作臺(tái)，已獲得發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)(發(fā)明專(zhuān)利號(hào)：02138704.4)。該工作臺(tái)采用交流伺服電機(jī)粗驅(qū)動(dòng)與壓電微位移器高壓電源細(xì)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方法進(jìn)行精密定位，

5、粗驅(qū)動(dòng)應(yīng)用柔性強(qiáng)磁性的點(diǎn)接觸聯(lián)接，目標(biāo)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)采用共運(yùn)動(dòng)基面方式，底面始終貼在平面度很高的平晶上，保持目標(biāo)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的同時(shí)具有很高的運(yùn)動(dòng)平面度。目標(biāo)工作臺(tái)與平面光柵連為一體，平面光柵位于工作臺(tái)底部，實(shí)時(shí)記錄工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)位移。文中分析了工作臺(tái)結(jié)構(gòu)誤差與驅(qū)動(dòng)誤差以及系統(tǒng)所涉及的相應(yīng)靜態(tài)參數(shù)，為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)分析提供了一定基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了壓電陶瓷高壓驅(qū)動(dòng)電源電路、光電轉(zhuǎn)換電路及基于ISA插槽的專(zhuān)用干涉條紋計(jì)量與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)