本文關(guān)鍵詞：基于條紋相移的光柵干涉儀定位系統(tǒng)超精密位移測(cè)量方法與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：精密定位技術(shù)作為精密制造和精密裝備的基礎(chǔ),一直制約著我國(guó)精密制造和精密裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而納米級(jí)的位移測(cè)量技術(shù)又是制約精密定位技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要原因。現(xiàn)代納米級(jí)精密位移測(cè)量技術(shù)最主要的兩個(gè)研究方向是激光干涉儀測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)和精密光柵測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)。相比而言,精密光柵測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)在分辨力、測(cè)量精度和測(cè)量行程不輸于激光干涉儀的條件下,對(duì)環(huán)境的要求更低、抗干擾能力更強(qiáng)、光路結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、安裝條件更寬松、占用空間更小、成本低廉、更易于推廣。國(guó)外對(duì)于精密光柵測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的研究已相當(dāng)成熟并已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),而我國(guó)則由于起步較晚,雖已有一定發(fā)展,但較之國(guó)外先進(jìn)水平尚存在一定差距,因此,研究基于衍射光柵的納米級(jí)位移測(cè)量系統(tǒng)意義重大。本文研究了一種基于光柵干涉相位移動(dòng)掃描原理的納米級(jí)位移測(cè)量系統(tǒng)。利用光柵干涉儀實(shí)現(xiàn)光學(xué)四倍頻,再利用條紋移相機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的進(jìn)一步細(xì)分,使得系統(tǒng)獲得亞納米級(jí)的分辨率�；诠鈻鸥缮嬖砗拖辔粧呙柙�,提出了一種相位移動(dòng)掃描的方法,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)搭建了具有亞納米級(jí)分辨率的超精密定位測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)精密定位系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行了研究,成功的將基于光柵干涉相位移動(dòng)掃描的位移測(cè)量系統(tǒng)融入到精密定位系統(tǒng)中,提高其定位精度。根據(jù)定位過(guò)程,完成了精密定位系統(tǒng)上位機(jī)測(cè)控軟件設(shè)計(jì)。整合光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)、條紋移相系統(tǒng)、精密定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和信號(hào)生成及采集系統(tǒng),搭建了基于條紋相移的光柵干涉儀精密定位實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)位移測(cè)量系統(tǒng)各單元的性能進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn),并對(duì)精密定位平臺(tái)的定位精度進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,評(píng)估系統(tǒng)性能參數(shù)。結(jié)果表明,論文所提出的基于光柵干涉相位移動(dòng)掃描的位移測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到了亞納米級(jí)的測(cè)量分辨率,提高了精密定位平臺(tái)的定位精度。
【關(guān)鍵詞】：光柵干涉 相位移動(dòng)掃描 納米級(jí)測(cè)量系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.3;TH822
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 研究背景及意義10-13
• 1.2.1 精密定位的分類11-12
• 1.2.2 基于精密光柵的定位測(cè)量系統(tǒng)分類12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外大行程納米級(jí)定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.4 國(guó)內(nèi)外衍射光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀19-23
• 1.5 研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排23-26
• 1.5.1 課題來(lái)源及研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.5.2 論文結(jié)構(gòu)安排24-26
• 第二章 光柵干涉相位移動(dòng)掃描位移測(cè)量機(jī)理26-35
• 2.1 概述26-27
• 2.2 光柵干涉相位移動(dòng)掃描位移測(cè)量基本原理27-34
• 2.2.1 光柵衍射原理27-28
• 2.2.2 衍射光柵的多普勒效應(yīng)28-29
• 2.2.3 光柵干涉原理29-31
• 2.2.4 相位掃描原理31-32
• 2.2.5 相位移動(dòng)掃描原理32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第三章 基于干涉相位移動(dòng)掃描的超精密定位測(cè)量系統(tǒng)35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則35-36
• 3.3 光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)36-38
• 3.3.1 光源37-38
• 3.3.2 光電探測(cè)器38
• 3.4 條紋移相系統(tǒng)38-41
• 3.4.1 條紋移相裝置38-39
• 3.4.2 條紋移相過(guò)程39-41
• 3.5 精密定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)41-44
• 3.5.1 精密定位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的選擇41-42
• 3.5.2 運(yùn)動(dòng)控制器42-44
• 3.6 信號(hào)采集系統(tǒng)44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第四章 超精密定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其測(cè)控軟件實(shí)現(xiàn)46-64
• 4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-51
• 4.1.1 控制任務(wù)分析46-47
• 4.1.2 控制方法選擇47-48
• 4.1.3 經(jīng)典PID控制原理48-49
• 4.1.4 增量式PID控制原理49-51
• 4.2 定位過(guò)程分析51
• 4.3 控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)51-58
• 4.3.1 VC++多線程52-56
• 4.3.2 基于MSComm控件編程的串口通信56-58
• 4.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)58-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 基于光柵干涉相位移動(dòng)掃描方法的超精密定位測(cè)量系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)與誤差分析64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 精密定位實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建64-70
• 5.2.1 光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵元件65-67
• 5.2.2 條紋移相系統(tǒng)關(guān)鍵元件67-68
• 5.2.3 精密定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵元件68-70
• 5.3 精密定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究70-74
• 5.3.1 光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)功能測(cè)試實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.3.2 條紋移相系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)71-72
• 5.3.3 精密定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)72-73
• 5.3.4 超精密位置測(cè)量系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)73-74
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與誤差分析74-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 全文總結(jié)77
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)77-78
• 6.3 展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文83-85

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