基于整周期細(xì)分的快速超精密雙頻激光干涉信號(hào)處理技術(shù).pdf

1、雙頻激光干涉測(cè)量技術(shù)以其非接觸、抗干擾性強(qiáng)、精度高、可溯源等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于量規(guī)檢定、車床校準(zhǔn)以及納米傳感器標(biāo)定等靜態(tài)幾何量的精密測(cè)量場(chǎng)合，然而近年來超精密加工特別是微電子裝備的迅猛發(fā)展，不僅要求雙頻激光干涉測(cè)量技術(shù)可提供納米甚至亞納米級(jí)測(cè)量分辨力，而且對(duì)干涉儀提出了“米/秒級(jí)測(cè)量速度、兆赫茲級(jí)數(shù)據(jù)更新率”這樣近乎苛刻的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能要求，促使雙頻激光干涉測(cè)量的技術(shù)研究與儀器集成向著“快速、超精密”方向不斷地邁進(jìn)。作為快速超精密雙頻激光

2、干涉儀的核心技術(shù)單元，干涉信號(hào)處理技術(shù)直接決定了干涉儀的測(cè)量分辨力和測(cè)量數(shù)據(jù)更新率，并限制著干涉儀所能達(dá)到的最高測(cè)量速度。
　　本課題“基于整周期細(xì)分的快速超精密雙頻激光干涉信號(hào)處理技術(shù)”針對(duì)超精密加工中快速超精密雙頻激光干涉儀的實(shí)際應(yīng)用狀況和發(fā)展需求，從電子技術(shù)和信號(hào)處理領(lǐng)域探索一種集納米級(jí)測(cè)量分辨力、高測(cè)量速度和動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出于一體的快速超精密雙頻激光干涉信號(hào)處理方法及其技術(shù)解決途徑。課題的主要研究工作如下：
　　

3、針對(duì)現(xiàn)有的雙頻激光干涉信號(hào)處理方法不能兼顧高測(cè)量速度與高測(cè)量精度的問題，采用基于相位差實(shí)時(shí)累加的雙頻激光干涉信號(hào)處理方案，對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行高次倍頻并在單個(gè)測(cè)量信號(hào)周期內(nèi)對(duì)兩信號(hào)進(jìn)行相位差的動(dòng)態(tài)測(cè)量和實(shí)時(shí)累加，避免了傳統(tǒng)干涉信號(hào)處理技術(shù)中測(cè)量信號(hào)頻率變化所帶來的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差，有效提高了雙頻激光干涉儀的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能；
　　提出一種基于數(shù)字延遲鎖定環(huán)的具有低處理主頻、高精度特征的相位差細(xì)分技術(shù)，結(jié)合模擬鎖相倍頻和數(shù)字延遲鎖定技術(shù)，以參考倍

4、頻信號(hào)的多個(gè)時(shí)延分量對(duì)測(cè)量信號(hào)的邊沿進(jìn)行精確捕獲，從而在不提高系統(tǒng)處理頻率的情況下有效提高相位差測(cè)量的電子細(xì)分倍數(shù)，即提高了雙頻干涉儀的動(dòng)態(tài)測(cè)量分辨力；
　　針對(duì)超精密加工中精密工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過程控制特點(diǎn)，分析基于周期細(xì)分的干涉信號(hào)處理技術(shù)中數(shù)據(jù)更新非周期性對(duì)高速位移控制精度的影響，通過引入基于卡爾曼預(yù)估的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)周期化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo)實(shí)時(shí)位移、速度等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的等周期估計(jì)，同時(shí)消除了高速運(yùn)動(dòng)控制中干涉儀采樣周期不確定誤差及隨機(jī)擾動(dòng)