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

1、雙頻激光干涉測量技術(shù)以其非接觸、抗干擾性強、精度高、可溯源等優(yōu)點，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)幾何量的精密測量場合，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量技術(shù)可提供納米甚至亞納米級測量分辨力，而且對干涉儀提出了“米/秒級測量速度、兆赫茲級數(shù)據(jù)更新率”這樣近乎苛刻的動態(tài)測量性能要求，促使雙頻激光干涉測量的技術(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，干涉信號處理技術(shù)直接決定了干涉儀的測量分辨力和測量數(shù)據(jù)更新率，并限制著干涉儀所能達(dá)到的最高測量速度。
　　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處理技術(shù)”針對超精密加工中快速超精密雙頻激光干涉儀的實際應(yīng)用狀況和發(fā)展需求，從電子技術(shù)和信號處理領(lǐng)域探索一種集納米級測量分辨力、高測量速度和動態(tài)測量數(shù)據(jù)實時輸出于一體的快速超精密雙頻激光干涉信號處理方法及其技術(shù)解決途徑。課題的主要研究工作如下：
　　

3、針對現(xiàn)有的雙頻激光干涉信號處理方法不能兼顧高測量速度與高測量精度的問題，采用基于相位差實時累加的雙頻激光干涉信號處理方案，對參考信號進(jìn)行高次倍頻并在單個測量信號周期內(nèi)對兩信號進(jìn)行相位差的動態(tài)測量和實時累加，避免了傳統(tǒng)干涉信號處理技術(shù)中測量信號頻率變化所帶來的動態(tài)測量誤差，有效提高了雙頻激光干涉儀的動態(tài)測量性能；
　　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、頻信號的多個時延分量對測量信號的邊沿進(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量的電子細(xì)分倍數(shù)，即提高了雙頻干涉儀的動態(tài)測量分辨力；
　　針對超精密加工中精密工件臺的運動過程控制特點，分析基于周期細(xì)分的干涉信號處理技術(shù)中數(shù)據(jù)更新非周期性對高速位移控制精度的影響，通過引入基于卡爾曼預(yù)估的實時數(shù)據(jù)周期化技術(shù)，實現(xiàn)測量目標(biāo)實時位移、速度等運動狀態(tài)的等周期估計，同時消除了高速運動控制中干涉儀采樣周期不確定誤差及隨機擾動