基于矢量衍射理论的光栅干涉仪位移测量误差研究

光栅干涉仪位移测量系统作为测量领域中最精密的测量仪器之一,由于在测量过程中光栅的姿态位置无法保证完美装配,使得光栅的光栅矢量方向与运动矢量方向之间出现偏差,导致位移测量结果出现周期性非线性误差。文中针对在光栅干涉仪位移测量过程中出现的光栅与位移台以及读数头之间的姿态位置误差进行分析,通过分别建立位移坐标系及光栅坐标系,参考惯性导航领域中飞行器姿态表示方法,利用一维光栅的横滚、俯仰和偏航角共同描述一维光栅相对于位移台的装配状态。通过基于矢量衍射理论分析光栅干涉仪位移测量时三个维度的角度偏差量,对可能产生的位移测量误差进行了分析说明。基于广义一维光栅方程,探究出了一个更为普遍的结论,为后续装置的改进提供理论依据,以提高系统的测量精度。

一种基于相位光栅干涉微位移传感器的研制

高精度微位移传感器是表面计量技术的关键技术之一。文中介绍了一种低成本、高精度的接触式微位移传感器。该传感器采用平行簧片实现精密直线运动,相位透射型正弦衍射光栅作为计量光栅实现高精密的位移测量。文中分析了其测量原理、光学原理、干涉条纹的光电接收以及辨向、细分。理论分析和实验应用结果表明该传感器垂直分辨率可达到nm级,测量量程为2 mm,可以用于微纳米表面形貌和轮廓的测量。

用光栅式位移传感器测量衍射光强分布

利用光栅式位移传感器测量了不同缝宽的单缝衍射的相对光强 .本文介绍了光栅式位移传感器的测量原理、光栅测量系统、实验装置和调试要求 .实验结果表明 。

基于衍射光栅计量系统的非接触轮廓测量位移传感器

聚集检测法是一种非接触轮廓测量方法,但是现有的聚焦检测法采用音圈电机,其测量精度有限。针对此问题,文中提出了一种非接触位移传感器,该传感器基于改进的傅科聚焦检测法,并带有衍射光栅计量系统。通过压电驱动器取代音圈电机驱动,并配合位移计量系统,提高了传感器的测量精度。在表面轮廓采样时,根据聚焦偏差信号,压电驱动器驱动聚焦透镜作垂直运动,使焦点始终在工件表面,同时衍射光栅计量系统测得聚焦透镜的垂直位移并将其作为采样点的轮廓高度。所有采样点的位移显示出被测量表面的整个轮廓,评定软件处理这些位移数据即可获得测量结果。该非接触的位移传感器的分辨率为10 nm.

双光栅干涉仪数字式位移传感器的研究

为了检定高准确度位移传感器、几何量计量定位、微细加工测量,同时,也测量那些可以转换为微位移或光程差的其它物理量。基于双光栅干涉仪原理,设计了一种数字式位移传感器,对该装置进行了理论分析和计算机模拟,实验验证:该测量装置的绝对误差不大于0.019μm。

基于差分的激光自混合光栅干涉位移测量

为使信号在不失真的情况下降低共模噪声的干扰,提高激光自混合光栅干涉信号的信噪比,提出了一种基于差分技术的激光自混合光栅干涉位移测量方法。+1级衍射光被振动物体反射后返回激光腔,发生自混合干涉,并由封装在激光器内的光电探测器PD1接收,0级衍射光由外置PD_(2)接收。根据半导体激光器前后向输出存在180°相位差的原理,两光束所携带的自混合干涉信号相位相反,而叠加的噪声是部分相关的,因此对两个干涉信号进行差分能消除部分噪声。通过对差分后的自混合信号处理,可以重构出位移。实验结果表明,差分后的重构振动波形的平均误差更小,信号更平稳,且差分后的干涉信号的信噪比提高3 dB以上。

一种小型相位光栅干涉式(PGI)微位移传感器

本文在已有的研究成果基础之上 ,介绍了一种小型相位光栅干涉式 (PhaseGratingInterference)微位移传感器 ,该传感器具有大量程。

基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统

介绍了基于几何莫尔条纹原理和衍射干涉原理的两种光栅精密位移测量系统及各自的特点。综述了国内外对光栅干涉式精密位移测量系统的研究进展,总结了系统存在的关键问题及发展趋势。光栅干涉式精密位移测量系统的优点是对环境要求小,测量分辨率和精度较高,结构紧凑,成本低。该系统需要解决的问题包括提高光栅以及光学元器件制造和安装精度;寻求一种更高精度的检测手段对光栅位移测量系统进行标定等。光栅干涉式精密位移测量系统的发展方向为更高测量分辨率和精度,大量程、多维度测量以及尺寸小巧。该系统在现代工业加工精密制造领域将具有更广阔的应用前景。

集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法,设计加工了微位移敏感芯片,并进行了初步的性能测试.敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成,在玻璃上制有金属光栅,光栅上方有由铝梁支撑的可动结构.实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成.入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化,通过测量衍射光强的变化可以得到位移.测试实验结果表明,所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测,最小可检测的位移约0.2nm.

衍射光栅超精密位移定位检测新方法

光栅干涉仪测量是精密位移检测系统中常用的检测方法,具有较高的检测分辨率。为进一步提高光栅干涉仪位移检测分辨率,通过对光栅干涉条纹信号的分析,提出了一种基于衍射光栅相位移动的超精密位移定位检测新方法。采用衍射光栅作为测量元件,通过在经典的衍射光栅位移检测系统中加入光电传感器的相位运动,改变衍射光栅系统的接收相位。其方法是调整光栅干涉仪系统,使得传感器接收视场中只有两个条纹;在目标定位运动台的最后定位阶段,使接收系统的光电传感器在检测视场的两个干涉条纹间进行移动,即改变了光栅干涉仪的接收相位。这种位移检测方法突破了检测元件本身的物理限制,在理论上可以获得亚纳米级以上的超高位移检测分辨率。依据相位移动原理,搭建了具有相位移动功能的光栅干涉仪超精密位移检测定位系统。通过定位检测试验证明了所提方法的有效性。

衍射式光栅干涉测量系统发展现状及趋势

在车间条件下操作时,光栅干涉仪在测量精度方面优于He-Ne激光干涉仪。基于光栅干涉测量系统有一些特别的优点,导致其在高精密测量中用途不断增加。阐述了衍射式光栅干涉测量系统的工作原理和特点,同时详细总结了国际上生产和研究衍射光栅干涉测量系统的厂家和研究机构及他们的产品。并指出该系统的发展趋势和存在的问题,为衍射式光栅测量系统的研究和发展提供参考。

一种高精度非接触式位移传感器及其应用

介绍了一种新型的基于改进傅科聚焦探测法且自带衍射光栅计量系统的非接触式位移传感器。因为没有采用音圈电机而是采用压电陶瓷驱动器,所以这种自带衍射光栅计量系统的传感器具有更高的精度。在测量工件表面形貌时,压电陶瓷驱动器驱动聚焦物镜进行垂直位移,从而确保在每一个采样间隔中焦点总是落在工件表面上,同时使得聚焦误差信号回零。该非接触式位移传感器的分辨力为10nm。

线性调频半导体激光衍射光栅干涉仪

介绍一种以线性调频半导体激光为光源的衍射光栅干涉仪。激光与光栅上衍射的±１级衍射波会合，由于有光程差而发生光拍频，测量拍频信号的相位移则可测得光栅的位移。设计了一种克服激光波长漂移和空气折射率变化影响的对称差动光路，使这种方法达到实用化的程度，分辨力达到纳米级。此外，还介绍了应用于接触干涉仪的实验情况。

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。

高精度衍射光栅干涉式测量系统的主要误差分析与仿真

设计了一种高精度位移传感器——衍射光栅干涉仪系统。该系统利用半导体激光器作为光源,衍射光栅作为长度标准,其光学原理可以利用多普勒效应来阐述。给出当光栅存在沿X向、Y向上的位移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的转动误差时,引起干涉条纹质量变化和测量误差的定量关系,为测量系统在实际应用中进行误差修正提供依据。经分析可知,光栅沿X轴(光栅运动方向)、Y轴(光栅刻线方向)和Z轴的偏移几乎不会导致条纹信号变化;当光栅沿着X轴旋转时,条纹方向和间隔均发生了变化;当绕Z轴旋转时,条纹间隔没有变化但是方向发生了变化;当沿X轴和Y轴旋转后,条纹位置分别向右和向下移动。光栅沿Z轴移动误差小于0.05mm,绕X轴和Z轴旋转误差小于0.002rad,绕Y轴旋转误差小于0.005rad时,满足测量范围为1000mm时,精度为±3μm测量的要求。

光栅精密位移测量技术发展综述

精密测量是精密机械加工的基础,是制造行业中影响制造精度的决定性因素之一,在当代精密机械制造领域应用广泛。基于光栅的精密位移测量系统以其对环境要求小,测量分辨率高等优点,在精密位移测量领域占据重要位置。基于光栅的精密位移测量系统包括光学测量系统、信号接收、电子学细分及整体装调几部分。本文主要针对光学测量光路部分进行综述介绍。首先介绍了经典光栅干涉位移测量原理;其次,综述了基于光栅的精密位移测量系统的关键技术现状;再次,对比分析了几种最具有代表性的测量技术,总结其优缺点;最后,对基于光栅的精密位移测量技术进行展望,揭示其高精度、高分辨力、高鲁棒性、微型化、多维化、多技术融合的发展趋势。

双层纳米光栅微位移检测仿真

针对现有光栅位移传感器分辨率和精度难以提高、体积较大的难题,设计了面内和离面位移检测的双层纳米级光栅结构。用严格耦合波理论分析了单层纳米光栅的衍射特性,通过Gsolver软件对面内和离面的双层纳米光栅结构进行模拟仿真。仿真结果表明:这2种双层纳米光栅结构的0级透射光和反射光的衍射效率随第二层纳米光栅结构的位移移动量周期性变化,通过探测纳米光栅的衍射效率来获得面内或者离面的位移移动量。

高精度控制光电光栅刻划机的光栅外差干涉仪

为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统,具有受环境因素的影响低,结构简单、装调方便等优点;采用双频激光得到的测量信号增益大,信噪比高;该系统用于光栅刻划,得到的栅线间距刻划偏差优于10nm,在3mm行程内累积误差约为0.3μm。结果表明,该系统具有纳米级分辨力,用于实时测量控制系统,测量误差很小,完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。

变栅距闪耀光栅相对衍射效率的计算方法

提出了一种变栅距闪耀光栅相对衍射效率计算方法,它是基于变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式得出的。该方法简洁、有效,虽然有一定的近似性,但在工程设计上仍有较强的指导性。此外,还得出变栅距闪耀光栅参数对其衍射效率的影响规律,对优化制作工艺提供了理论依据。

光栅计量型的垂直扫描位移工作台及其误差分析

为满足精密测量中垂直扫描白光干涉以及千分表、电感位移传感器、表面粗糙度触针位移传感器标定对垂直方向的高精度定位和高分辨率运动要求,研制出一种纳米级垂直扫描位移工作台.该工作台采用柔性铰链结构,压电陶瓷驱动位移,满足纳米级微位移驱动要求,同时利用两级杠杆放大结构,扩大了位移行程.针对压电陶瓷驱动的位移随电压变化的非线性特点,利用衍射光栅对压电驱动进行实时监控,对这种非线性误差进行实时补偿.衍射光栅固定在工作台的微定位板上,工作台的移动量可由衍射光栅二次衍射干涉后产生的条纹变化得到.根据衍射光栅的计量特点,分析垂直扫描位移工作台测量误差的主要影响因素.通过试验验证,优化系统误差,进一步提高了垂直扫描位移工作台的定位精度.