光柵尺高速高精度跨尺度位移測量方法的研究.pdf

1、隨著集成電路(IC)封裝工藝、超精密加工、精密儀器及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域的不斷發(fā)展，與之相關(guān)的設(shè)備對運動速度、定位精度的要求越來越高，因此高速高精度定位技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中起到十分關(guān)鍵的作用。
　　光柵尺具有精度高、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點，成為納米位移測量的主要工具，但由于受光路結(jié)構(gòu)及信號檢測電路掃描頻率等因素的限制，光柵尺測量的最大允許移動速度與其測量步距成反比。針對高速高精度定位系統(tǒng)的運動特性及光柵尺測量高速位移時難以實

2、現(xiàn)高分辨力的問題，本文提出了適合高速且實現(xiàn)系統(tǒng)末端點高分辨力位移測量的新方法——基于單光柵尺的跨尺度位移測量方法。
　　首先，在分析光柵線性位移測量原理、光柵測量系統(tǒng)誤差尤其是計數(shù)值切換合成誤差的基礎(chǔ)上，本文重點研究了光柵尺切換合成原理，分析了光柵尺跨尺度測量方法的可行性，設(shè)計了實現(xiàn)計數(shù)值切換合成的硬件電路，完成了基于可編程芯片F(xiàn)PGA的光柵信號處理模塊設(shè)計。
　　其次，對光柵測量系統(tǒng)的誤差源進行了分析，根據(jù)誤差特性使用三種

3、建模方法：多項式曲線擬合方法、分段線性插值方法和三次樣條插值方法，對以上三種模型進行了理論分析，通過MATLAB語言及其工具箱環(huán)境進行了計算機仿真計算，通過比較三者的精度，分段線性插值的精度最高，且穩(wěn)定性好，所以使用分段線性插值方法對光柵測量系統(tǒng)的末端定位點進行了測量誤差補償實驗。
　　最后，搭建了硬件實驗系統(tǒng)，對本測量原理與方法進行實驗驗證。通過對實驗結(jié)果的分析，驗證了光柵尺跨尺度測量方法的可行性和有效性。在實驗中總結(jié)了一些經(jīng)驗