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(duì)測量技術(shù)的要求也逐漸提高。微米乃至納米量級(jí)的位移測量已經(jīng)成為計(jì)量領(lǐng)域的一個(gè)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(duì)測量環(huán)境要求高的缺點(diǎn)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?yàn)槠涑杀镜?、受測量環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)10nm分辨率、12mm量程位移測量的需求展開對(duì)納米級(jí)分辨率位移測量的研究，從光柵干涉測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)字細(xì)分、誤差分析以及誤差補(bǔ)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(hào)。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(shí)驗(yàn)要求以及空間布局來設(shè)計(jì)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(duì)其可行性進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)后續(xù)位移測量對(duì)電信號(hào)的要求，設(shè)計(jì)了模擬信號(hào)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建以及信號(hào)調(diào)理電路PCB布板。
　　納米級(jí)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(shí)現(xiàn)高倍數(shù)的細(xì)分。結(jié)合實(shí)際采集到的電信號(hào)，分析其主要誤差源和誤差特性，借助Matlab對(duì)光電信號(hào)的細(xì)分誤差進(jìn)行分析。
　　依據(jù)對(duì)實(shí)際信號(hào)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(hào)處理方式對(duì)原始光電信號(hào)在細(xì)分計(jì)算前進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。針對(duì)光電信號(hào)中

4、的工頻干擾和高斯噪聲，分別設(shè)計(jì)了IIR帶阻濾波器以及Kalman濾波器。針對(duì)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(duì)非線性誤差的補(bǔ)償。
　　最終，基于Labview軟件平臺(tái)，完成了對(duì)光電信號(hào)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(diǎn)，在對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行處理的同時(shí)實(shí)時(shí)擬合非線性誤差參數(shù)并更新之，以此來提高細(xì)分精度?；诔醪酵瓿傻墓鈻鸥缮嫖灰茰y量系統(tǒng)，完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其分辨率及細(xì)