本文關(guān)鍵詞：低成本高精度角位移測(cè)量系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2014年

基于衍射干涉原理的高精度光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究

王雪英  

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，納米測(cè)量技術(shù)在各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。而激光干涉測(cè)量系統(tǒng)和光柵測(cè)量系統(tǒng)是在現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)中被應(yīng)用最廣泛的。其中，光柵測(cè)量系統(tǒng)采用光柵柵距作為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量基準(zhǔn)固定，且不受環(huán)境影響，對(duì)光源穩(wěn)頻要求低，從而降低了成本；光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，方便小型化，這些優(yōu)點(diǎn)使得光柵測(cè)量有著顯而易見的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了激光干涉的不足，在納米級(jí)測(cè)量的研究和應(yīng)用中越來(lái)越被重視。研究國(guó)內(nèi)外光柵測(cè)量計(jì)數(shù)發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的研究已經(jīng)很成熟，并且各種類型光柵測(cè)量的產(chǎn)品已批量生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)在這方面雖然取得了一些成就，但據(jù)國(guó)外還有很大的差距。 本文研究了基于衍射干涉原理的光柵位移測(cè)量系統(tǒng)，首先分析了干涉衍射原理、光學(xué)多普勒效應(yīng)，衍射光柵的衍射特性。重點(diǎn)對(duì)自行設(shè)計(jì)、搭建的光柵位移測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)論證，小型化了讀數(shù)頭部分，將所有的光學(xué)元件集成。完成了小型化的讀數(shù)頭的光學(xué)元件夾緊機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)。 分析了光柵位移測(cè)量系統(tǒng)中的誤差來(lái)源，并且逐項(xiàng)對(duì)各誤差因素進(jìn)行分析，包括光路誤差分析、電路誤差分析兩部分。光路誤差包括光柵引入的誤差、激光光源引入的誤差、光路對(duì)位誤差等。電路誤差包括光電轉(zhuǎn)換誤差和計(jì)數(shù)誤差等。光路的對(duì)位誤差分析包括利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Lighttools分析光柵與光學(xué)讀數(shù)頭的對(duì)位等、借助偏振光學(xué)理論分析1/4波片不良對(duì)位誤差。 設(shè)計(jì)了調(diào)理電路和信號(hào)處理電路，調(diào)理電路消除了信號(hào)中存在的誤差，包括直流電平漂移誤差、非正交誤差、以及不等幅誤差等，改進(jìn)了之前電路板中直流偏置誤差依舊存在的問題，增加了偏置校正環(huán)節(jié)。信號(hào)處理電路主要是利用FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、辨向、計(jì)數(shù)和細(xì)分處理以及位移計(jì)算。并且實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的串口通信，顯示界面由LabVIEW設(shè)計(jì)，能顯示最后位移數(shù)據(jù)。 最后搭建了光學(xué)平臺(tái)，組裝了微型化讀數(shù)頭，構(gòu)建整個(gè)位移測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)各模塊性能進(jìn)行了測(cè)試，并完成了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)表明，在(0~100)um的測(cè)量范圍內(nèi)，，本系統(tǒng)可以達(dá)到優(yōu)于5nm的分辨力，且線性度、重復(fù)性良好。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP274
【目錄】：

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本文編號(hào)：240409