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),一直制約著我國精密制造和精密裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而納米級的位移測量技術(shù)又是制約精密定位技術(shù)發(fā)展的一個重要原因�，F(xiàn)代納米級精密位移測量技術(shù)最主要的兩個研究方向是激光干涉儀測長系統(tǒng)和精密光柵測長系統(tǒng)。相比而言,精密光柵測長系統(tǒng)在分辨力、測量精度和測量行程不輸于激光干涉儀的條件下,對環(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)更簡單、安裝條件更寬松、占用空間更小、成本低廉、更易于推廣。國外對于精密光柵測長系統(tǒng)的研究已相當(dāng)成熟并已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),而我國則由于起步較晚,雖已有一定發(fā)展,但較之國外先進(jìn)水平尚存在一定差距,因此,研究基于衍射光柵的納米級位移測量系統(tǒng)意義重大。本文研究了一種基于光柵干涉相位移動掃描原理的納米級位移測量系統(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)信號的進(jìn)一步細(xì)分,使得系統(tǒng)獲得亞納米級的分辨率�；诠鈻鸥缮嬖砗拖辔粧呙柙�,提出了一種相位移動掃描的方法,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計搭建了具有亞納米級分辨率的超精密定位測量系統(tǒng)。對精密定位系統(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掃描的位移測量系統(tǒng)融入到精密定位系統(tǒng)中,提高其定位精度。根據(jù)定位過程,完成了精密定位系統(tǒng)上位機(jī)測控軟件設(shè)計。整合光柵干涉測量系統(tǒng)、條紋移相系統(tǒng)、精密定位運(yùn)動系統(tǒng)和信號生成及采集系統(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,對位移測量系統(tǒng)各單元的性能進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn),并對精密定位平臺的定位精度進(jìn)行了測量實(shí)驗(yàn),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,評估系統(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掃描的位移測量系統(tǒng)達(dá)到了亞納米級的測量分辨率,提高了精密定位平臺的定位精度。
【關(guān)鍵詞】：光柵干涉 相位移動掃描 納米級測量系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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量系統(tǒng)分類12-13
• 1.3 國內(nèi)外大行程納米級定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.4 國內(nèi)外衍射光柵干涉測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀19-23
• 1.5 研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排23-26
• 1.5.1 課題來源及研究內(nèi)容23-24
• 1.5.2 論文結(jié)構(gòu)安排24-26
• 第二章 光柵干涉相位移動掃描位移測量機(jī)理26-35
• 2.1 概述26-27
• 2.2 光柵干涉相位移動掃描位移測量基本原理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 基于干涉相位移動掃描的超精密定位測量系統(tǒng)35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 光柵干涉測量系統(tǒng)的設(shè)計原則35-36
• 3.3 光柵干涉測量系統(tǒng)36-38
• 3.3.1 光源37-38
• 3.3.2 光電探測器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 條紋移相過程39-41
• 3.5 精密定位運(yùn)動系統(tǒng)41-44
• 3.5.1 精密定位運(yùn)動平臺的選擇41-42
• 3.5.2 運(yùn)動控制器42-44
• 3.6 信號采集系統(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)計及其測控軟件實(shí)現(xiàn)46-64
• 4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計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58-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 基于光柵干涉相位移動掃描方法的超精密定位測量系統(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)臺的搭建64-70
• 5.2.1 光柵干涉測量系統(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 光柵干涉測量系統(tǒng)功能測試實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.3.2 條紋移相系統(tǒng)性能測試實(shí)驗(yàn)71-72
• 5.3.3 精密定位運(yùn)動系統(tǒng)性能測試實(shí)驗(yàn)72-73
• 5.3.4 超精密位置測量系統(tǒng)性能測試實(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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本文編號：965689