大量程高性能光栅位移测量技术

高精度光栅位移测量系统具有纳米级重复精度、环境适应性强、维度易于扩展等优点,可以满足精密制造行业对米级测量量程、亚微米级精度与多维测量能力融合的测量技术要求,在高端制造、精密仪器等领域有重要应用。通过对测量光栅的各项参数进行研究,提升了测量光栅的尺寸与制作精度;提出高精度锥面衍射光栅位移测量、高倍细分转向干涉光栅位移测量、“品”字形拼接大量程光栅位移测量等技术,实现了数百毫米测量量程亚微米级测量精度。从光栅制作到测量系统研制对提升精度、分辨力及量程提供了理论分析与技术验证。

基于光栅位移测量的反射镜设计

针对集成光栅-反射镜位移测试中工艺及装配误差导致反射镜与光栅不能平行的问题,本文设计了一种可自主调节的反射镜.与传统的工艺精度控制不同,方案重点对可调节反射镜结构进行设计,反射镜的偏转采用电容板来调节.建立了单层光栅与反射镜测量位移的理论模型,分析了两者不平行导致的测量误差,通过Ansys软件进行静力学分析,施加0～50V电压,仿真得到静电力作用下反射镜偏转最大位移为7μm,提取的最大应力35MPa.仿真结果表明所设计的反射镜可调节范围大于不平行误差,从理论上验证了反射镜调节的可行性.

基于叠栅条纹投影成像的差动式光栅位移测量系统

为突破传统光栅位移测量系统依赖四裂相正弦波光电信号测量的局限,提出了一种基于叠栅条纹投影成像的差动式光栅位移测量方法。根据光栅偏振光干涉原理,利用图像处理方法和叠栅条纹的位移放大特性,规避了当前光栅的加工水平对高精度位移测量的限制,设计了叠栅条纹投影成像的高分辨率单光栅位移光学感知系统,实现了4倍光学细分位移信号的获取,并利用CMOS图像探测器完成了位移信号的图像式转换。推导了图像式位移感知信号的数学模型,从叠栅成像的光学机理出发,对光栅这一核心元件的刻划误差、平整度误差、装调误差等进行了具体的解算,并对系统进行了仿真模拟和设计性能的分析,进一步阐述了系统动态工作的最大允许速度与帧率之间的关系,在0.048 mm/s的最大允许速度下,该系统的基础分辨率可达2.075μm,细分后分辨率可达纳米/亚纳米量级。

精密光栅角位移传感器的设计

本文论述了一种精密光栅角位移测量系统,它体积小、重量轻、精度可达±1 5秒.并以此测量系统为例,介绍光栅角位移传感器的用途及测量原理,论述其结构设计及选型原则,并对光栅角位移传感器的误差进行了仔细分析.

基于FBG的新型微位移测头系统的研究

为了提高微位移测量系统的测量精度,文章设计了以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感器的触发式测头系统。该测头采用双FBG悬接式探头传感结构,实时修正温度气流振动等环境干扰的影响;球形的探针结构扩大了测量范围;同时为了降低成本和简化结构,系统采用可调谐匹配光栅法对信号进行解调。利用PI线性微动平台和Renishaw XL-80激光干涉仪做出的实验结果表明,该系统量程为30μm,最优分辨力达到10nm,非线性误差为150nm,满量程重复性小于350nm。

指示表检定仪示值误差测量方法探讨

随着科学技术的进步,解决了从前指示仪难以兼顾量程与精度的问题,使得直接测量指示表检定仪示值误差变为可能。分析使用光栅线位移测量装置直接测量光栅式指示表检定仪示值误差的不确定度,检验其可行性。该方法比传统的使用量块、指示仪作标准器,具有更方便、快捷且不降低测量准确度的优点。

光的干涉与衍射

O436.1 2001042301非对称双光栅位移测量研究=Displacement measurementwith nonsymmetrical double gratings[刊,中]/吕海宝,曹聚亮,苏绍景,罗武胜,杨华勇(国防科技大学机械电子工程与仪器系.湖南,长沙(410073))//兵工学报.-2000,21(4).-331-333介绍了非对称双光栅位移测量的基本原理和特点,并用多普勒效应的理论对其作了证明。进行了相关的实验研究。提出了莫尔条纹信号的形成原因,讨论了入射角的大小和两个光栅相对位置等光路布局的变化对莫尔条纹的影响,分析了影响莫尔条纹信号对比度的因素以及获得高对比度的方法。图4参4(董玉敏)