【摘要】：隨著超精密加工技術(shù)、精密工作臺(tái)性能檢測(cè)、微電子技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)精密平臺(tái)的三自由度檢測(cè)技術(shù)及儀器提出了更高的要求,既要求實(shí)現(xiàn)三自由度的同時(shí)測(cè)量又要求達(dá)到納米級(jí)的測(cè)量精度。本文依托GF技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)了一種基于法拉第效應(yīng)的激光外差干涉三自由度測(cè)量方法,并對(duì)測(cè)量方法的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,通過搭建完整的測(cè)量系統(tǒng),最終實(shí)現(xiàn)了大范圍、高精度的三自由度同時(shí)測(cè)量。論文介紹了國內(nèi)外位移角度同時(shí)測(cè)量的研究現(xiàn)狀,提出了一種基于法拉第效應(yīng)的激光外差干涉三自由度(X-Y-θ)測(cè)量方法,分析了基于法拉第效應(yīng)的激光外差干涉三自由度測(cè)量的原理,介紹了基于法拉第效應(yīng)的線偏振光逆反方法,建立了三自由度同時(shí)測(cè)量的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了三自由度測(cè)量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu);介紹了激光外差信號(hào)信號(hào)處理系統(tǒng),運(yùn)用VisualBasic設(shè)計(jì)了上位機(jī)的系統(tǒng)控制軟件;分析了三自由度(X-Y-θ)測(cè)量的非線性誤差和組合反射鏡以及干涉模塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)光程的影響,綜合評(píng)估了該系統(tǒng)的測(cè)量不確定度。為驗(yàn)證本文所構(gòu)建的基于法拉第效應(yīng)的激光外差干涉三自由度測(cè)量系統(tǒng)的可行性與有效性,搭建了實(shí)驗(yàn)裝置,分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn):(1)系統(tǒng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),保持平臺(tái)靜止,每隔5秒記錄100個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果顯示位移測(cè)量穩(wěn)定優(yōu)于6nm。(2)位移和角度比對(duì)實(shí)驗(yàn),精密平臺(tái)分別200mm范圍內(nèi)進(jìn)行10mm步進(jìn)運(yùn)動(dòng),1mm范圍內(nèi)進(jìn)行50μm步進(jìn)運(yùn)動(dòng),15μm范圍內(nèi)在進(jìn)行100nm步進(jìn)運(yùn)動(dòng),位移測(cè)量結(jié)果與Renishaw干涉儀測(cè)量結(jié)果相比較,位移誤差最大值和誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為52.6nm和22.3nm、17.1nm和6.4nm、6.9nm和1.5nm。精密平臺(tái)分別在1°范圍內(nèi)進(jìn)行0.01°步進(jìn)運(yùn)動(dòng),10°范圍內(nèi)進(jìn)行0.1°步進(jìn)運(yùn)動(dòng),20°范圍內(nèi)進(jìn)行0.1°步進(jìn)運(yùn)動(dòng),角度測(cè)量結(jié)果與Renishaw干涉儀測(cè)量結(jié)果相比較,角度誤差最大值和誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.27″和0.05″、10.97″和3.1″、10.97″和3.1″。(3)三自由度(X-Y-θ)同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn),分別進(jìn)行了被測(cè)精密平臺(tái)1mm、1μm和100nm步進(jìn)的三自由度同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn),X方向位移測(cè)量結(jié)果與線性位移工作臺(tái)位移值相比較,位移誤差平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.008μm和0.04μm、0.0026μm和0.01μm、0.002nm和0.013nm。由Y方向位移測(cè)量結(jié)果算得線性位移工作臺(tái)的直線度分別為0.1μm、0.22μm和14.64nm,在線性位移工作臺(tái)的直線度誤差±1μm之內(nèi)。偏擺角θ測(cè)量結(jié)果的最大值分別為80.90μrad、-2.11μrad和-0.67μrad,在線性位移工作臺(tái)的偏擺角誤差100μrad(±50μrad)之內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明所研制的基于法拉第效應(yīng)的激光外差干涉三自由度測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三自由度(X-Y-θ)的大范圍、高精度測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH744.3

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本文編號(hào)：2709642