基于相位光柵干涉?zhèn)鞲械奈灰茰y量系統(tǒng)研究.pdf

1、精密制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對測量技術(shù)的要求也逐漸提高。微米乃至納米量級的位移測量已經(jīng)成為計量領(lǐng)域的一個重要研究方向。傳統(tǒng)的做法是采用He-Ne激光干涉測量技術(shù)，但是其昂貴的成本、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及對測量環(huán)境要求高的缺點造成了其使用的局限性。與之相比，基于相位光柵干涉?zhèn)鞲械奈灰茰y量技術(shù)因為其成本低、受測量環(huán)境影響較小等優(yōu)點，近年來快速發(fā)展，而其中大量程、高分辨的位移測量成為其主要的研究方向。
　　本文依據(jù)相位光柵干涉測量原理，根據(jù)后續(xù)輪廓

2、儀研制對10nm分辨率、12mm量程位移測量的需求展開對納米級分辨率位移測量的研究，從光柵干涉測量系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)字細(xì)分、誤差分析以及誤差補償?shù)确矫嬲归_研究。
　　光柵干涉測量的首要步驟是獲得與位移信息相關(guān)的光電信號。本文在分析現(xiàn)有兩類干涉光路原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗要求以及空間布局來設(shè)計相應(yīng)的干涉光路。借助ZEMAX等光學(xué)仿真軟件建立相應(yīng)的干涉光路模型并進(jìn)行干涉仿真，對其可行性進(jìn)行驗證。根據(jù)后續(xù)位移測量對電信號的要求，設(shè)計了模擬信號調(diào)

3、理電路以及數(shù)字辨向電路。完成了光柵干涉位移測量實驗平臺搭建以及信號調(diào)理電路PCB布板。
　　納米級分辨率的測量決定著必須采用高倍數(shù)的細(xì)分方法，本文采用構(gòu)造正切函數(shù)的細(xì)分方法來實現(xiàn)高倍數(shù)的細(xì)分。結(jié)合實際采集到的電信號，分析其主要誤差源和誤差特性，借助Matlab對光電信號的細(xì)分誤差進(jìn)行分析。
　　依據(jù)對實際信號的噪聲特性以及非線性誤差特性的分析，本文采用數(shù)字信號處理方式對原始光電信號在細(xì)分計算前進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。針對光電信號中

4、的工頻干擾和高斯噪聲，分別設(shè)計了IIR帶阻濾波器以及Kalman濾波器。針對非線性誤差建立了橢圓修正模型，依據(jù)最小二乘原理，完成了對非線性誤差的補償。
　　最終，基于Labview軟件平臺，完成了對光電信號的數(shù)據(jù)采集、濾波、非線性誤差修正以及細(xì)分?jǐn)?shù)顯，并利用Labview多線程工作優(yōu)點，在對光電信號進(jìn)行處理的同時實時擬合非線性誤差參數(shù)并更新之，以此來提高細(xì)分精度。基于初步完成的光柵干涉位移測量系統(tǒng)，完成了相關(guān)實驗，并對其分辨率及細(xì)