基于法拉第效應的角度誤差補償式精密位移測量方法研究.pdf

1、激光外差干涉測量系統(tǒng)基于高信噪比、高分辨率、可溯源性等優(yōu)勢，被廣泛應用于各個精密測量領域，因而提高激光外差干涉的位移測量精度具有重要意義。本論文依托國家自然科學基金項目“基于法拉第效應的激光多自由度精密運動參數(shù)測量方法研究”(No:51605445)。基于法拉第效應的角度誤差分析及其補償方法展開相關研究，旨在設計一套角度誤差補償式精密位移測量系統(tǒng)，減小甚至消除角度誤差對位移測量的影響，從而提高位移測量精度，并實現(xiàn)三自由度參數(shù)同時測量。<

2、br>　　本論文在國內(nèi)外研究的激光外差干涉位移測量方法及其補償方法的基礎上，提出了基于法拉第效應的角度誤差補償式精密位移測量方法。以法拉第效應的線偏振光原路逆返光路為基礎，設計了角度誤差補償式精密位移測量系統(tǒng)的光路結構。通過分析被測對象的角度誤差對位移測量的影響，建立了相關的數(shù)學模型，并得到了結合角度誤差補償?shù)奈灰茰y量表達式。分析了角度誤差與位移測量之間的耦合問題，討論了影響角度測量范圍的系統(tǒng)參數(shù)，并分析及評定了系統(tǒng)的不確定度。設計了測

3、量系統(tǒng)的信號處理方案，包括激光外差干涉信號處理方案、光束位置探測信號處理及上位機軟件。
　　為驗證本論文優(yōu)化的激光外差干涉信號處理方法的可行性，研制了一塊基于FPGA的信號處理板，并分別進行大數(shù)相位測量計數(shù)和大小數(shù)結合的驗證實驗。為驗證本論文提出的基于法拉第效應的角度誤差補償式精密位移測量方法的可行性及有效性，進行的一系列實驗如下:(1)角度對比實驗。實驗結果驗證了測量系統(tǒng)的角度分辨率能夠達到0.0001°，同時提出的ADU模塊能

4、夠應用于位移測量中的角度誤差檢測。(2)角度誤差補償式位移測量方法驗證實驗。角度誤差補償式位移測量方法驗證實驗。以轉臺轉動角度來模擬測量鏡的角度誤差，當角度誤差值達到0.12°時，補償前的位移值嚴重偏離了初始值，其最大偏差達到6.268μm。基于本論文提出的補償方法對位移值進行補償，補償后的位移值最大偏差為11.8nm，標準偏差為4.7nm，結果表明該方法具有顯著的補償效果。(3)角度誤差補償式位移測量方法應用實驗。線性工作臺XML35