高精度衍射光栅干涉仪的研制

提出了一种新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,配合正交信号的解相位细分原理,使得该系统可以达到纳米级分辨率.由于光栅干涉测量系统以光栅栅距作为测量基准,相对于传统干涉仪,光栅尺系统受环境因素造成的测量误差影响较小.通过实验校正,得到不同行程范围内光栅干涉测量系统的纳米级重复性误差,新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统适合于较长行程的高精度位移测量.     

链条测长仪示值误差检定

介绍了量块分段法与激光干涉仪法检定链条测长仪示值误差的方法,并对检定方法作出误差分析。     

光栅纳米测量中的系统误差修正技术研究

详细研究了光栅纳米测量系统的误差特性 ,以及利用激光干涉仪对高精度光栅测量系统的系统误差进行检测、并在信号处理中予以补偿和修正的方法。实验表明 ,通过这种系统误差修正方法对周期累计误差和细分误差同时进行修正 ,能够大幅度地将计量光栅系统的测量准确度从微米或亚微米量级提高到纳米级水平 ,以实现光栅纳米测量。     

高精度光栅测长机校准及不确定度分析

本文论述了测长机和测长仪的区别,高精度光栅测长机应归于测长仪类,适用于JJF 1189-2008《测长仪校准规范》.校准高精度光栅测长机,需严格控制环境温度,测量小尺寸量块需考虑两球形测头不同心引入的误差,测量内尺寸以两环规直径差作为标准值,测得值可用平均值代替最大值,分析了二等量块校准光栅测长机外尺寸示值误差的测量不...     

激光干涉仪在10米测长机导轨直线度检测中的应用

为检测10米光栅测长机导轨的直线度,采用双频激光干涉仪系统作为主要测量工具,以最佳平方逼近法计算10米光栅测长机导轨的直线度。根据双频激光干涉仪的测量直线度测量原理,结合直线度的评定方法,对10米光栅测长机导轨的直线度的测量方法进行了介绍。实验表明,采用双频激光干涉仪测量直线度的方法实用,较为准确、方便、直观。     

GKJ-1.8m激光自动线位移刻检系统检测长光栅传感器误差分析及评定

对"ＧＫＪ－１．８ｍ激光自动线位移刻检系统"进行了较系统的误差分析,用仪器的系统误差和随机误差合成的方法,评定本仪器测试长光栅传感器光栅位置误差的不确定度．     

大长度激光测量中阿贝误差消除方法的研究

提出一种基于3路独立激光干涉仪消除大长度激光测量中的阿贝误差的方法,3路干涉仪的安装位置可布置成任意三角形。通过3路干涉仪的测量结果及被测仪器与3路干涉仪安装位置的几何关系,构造一路与被测仪器同光路的虚拟干涉仪,推导虚拟干涉仪的测长公式。该算法对干涉仪的安装位置无特殊要求,在实践中易于实现。为验证算法的有效性,依托于室内80 m大长度标准装置,通过改变被测仪器安装位置,在45 m范围内进行了3组不同的验证实验。实验结果显示消除阿贝误差后,残余的其它误差的最大值仅为1.10 μm,该算法可有效地消除阿贝误差。     

基于激光干涉仪的定位误差补偿实验研究

定位精度是激光开槽机的一项重要技术指标.使用SJ6000激光干涉仪对KW-355型号的激光开槽机进行X、Y、Z轴的定位精度和重复定位精度进行测试实验,依据测试数据对激光开槽机的运行程序进行误差补偿,补偿误差后再使用激光干涉仪测试.经过多次误差补偿测试后,使开槽机的定位精度满足技术要求.     

测长仪校准规范使用中要注意的一个问题

针对数字显示类测量仪器在测量中可能存在的缺陷,从其所使用的光栅传感器特性分析,对其细分误差带来的测量结果差异进行研究;为测长仪校准规范如何保证数显测长仪量值准确,给出具体评价方法,并就数显测长仪在使用和校准时出现的问题进行了分析和讨论,给出了解决办法。     

基于虚拟仪器的测长仪测量系统改造及不确定度评定

针对传统的数显万能测长仪测量效率及数据处理能力较低的问题,设计了一个基于虚拟仪器技术的数字万能测长仪测量系统。系统选用JD-25C光栅信号转接器,实现了对测长仪测量头内四路原始正弦波光栅信号的采集和实时处理;基于Lab VIEW平台编写测量程序,研究了测量过程中拐点的确定方法、示值误差修正等几个关键模块。通过对比测量实验数据分析以及对改造后的测量系统进行测量不确定度评定,表明改造后的测量系统应用效果良好。     

利用激光技术改进的测长装置

提出激光干涉仪作为标准器代替测长机玻璃尺的改进方案.通过调校位于测长机尾座上的角锥反射镜,使干涉仪光轴与测长轴线同轴,消除阿贝误差对测量精度的影响.同时进行了理论分析并与三等最块进行了比对实验.结果表明,改进后的2 m测长机达到了较高的测量精度和测量效率,对提高长度尺寸的测量精度具有一定的参考价值.     

衍射法X射线激光分束光栅平行度测量系统(英文)

介绍了软X射线光栅分束镜Mach-Zehnder干涉等离子体诊断系统调整用双频光栅线条平行度的衍射法测量系统.该系统主要由激光器,准直镜,待测光栅,精密转台(含角度测量仪),直线工作台,光栅调节架和探测器组成.分析了系统中各种误差对测量精度的影响其中包括距离测量误差、波长误差、光栅准直误差即光栅刻线与入射光和反射光组成的平面不垂直、光栅转动过程的误差、光栅表面面型误差、探测器误差,经计算得到系统的绝对误差为minute.计算表明,该系统的测量精度满足软X射线Mach-Zehnder干涉系统对双频调整光栅的性能要求.     

Modeling and Analysis on Alignment Error of Four Path Step Gauge Interferometer

The four path laser interferometer has been used for calibration of step gauge. Preceding studies adopting four path laser interferometer have achieved the expanded uncertainty of about 0.5 μm for 1000 mm. On the other hand, there is a concern remained that the alignment procedure seems to be tedious and the resulted uncertainty estimation becomes an empirical one. The current study aims to build an error model expressing cosine error appeared in the optical system of the four path laser interferometer. The result of model analysis points out that conventional error estimation may cause non-negligible under estimation on cosine error. The model analysis performed to clarify error propagation of angular deflection of plane mirrors of the four path laser interferometer requires thorough consideration for estimating its contribution to the uncertainty.     

论纳米光栅测量技术

作者及其同事们经过20多年努力将计量光栅技术提高到了纳米量级和亚纳米量级，并进行了大面积推广应用，形成了一整套纳米光栅测量技术，该文为对这套技术的综合论述．首先回顾了刻线技术的发展历史，指出中国古代曾作出杰出贡献．归纳了发展计量光栅技术的5个阶段和4项内容．给出纳米光栅的定义和两个特点，并通过作者和同事们的光栅制造过程说明，纳米光栅实质上是一种刻录、固化到光栅基体上的光波波长．它为纳米测量领域提供了一种新途径、新方法，与激光干涉仪等现有纳米测量方法相比，具有自己独特的优点．文中讨论了纳米光栅的读取技术与信号处理技术，提出了纳米光栅细分误差的错位测量法．还讨论了与纳米光栅相关的纳米机械，介绍了作者和同事们的科研成果，圆柱、导轨等的机械精度已经进入了纳米量级．最后讨论了纳米光栅与激光干涉仪以及高等级量块的比对结果．     

激光干涉法一次冲击加速度计动态特性校准

介绍利用激光光栅干涉技术进行冲击加速度动态特性校准的一种方法。将冲击加速度直接绝对溯源于基本量和单位(时间和长度);说明差动式光栅激光干涉冲击校准装置的原理,介绍了使用调频信号的数字化解调方法和模式识别方法实现数据处理的基本过程;最终给出了被校准的加速度计的频率特性曲线和传递函数实验结果;使用本文方法可以进行加速度计动态特性的校准测试。     

基于激光干涉法的一次冲击微分加速度动态特性校准

介绍了利用激光光栅干涉技术进行冲击加速度校准的一种方法,并着重讨论微分加速度的动态特性校准。将冲击加速度和微分加速度直接溯源于基本量和单位(时间和长度);叙述了差动式光栅激光干涉冲击校准装置的原理,介绍了使用调频信号的数字化解调方法和模式识别方法实现数据处理的基本过程;最终给出了被校准的加速度计的微分加速度的频率特性曲线和传递函数的实验结果。结果表明,该方法可以进行加速度计之微分加速度的动态特性的校准测试。     

Phase-stepped gauge block interferometry using a frequency-tunable visible laser diode

Frequency changes induced by bias or temperature modulation of injection diode lasers can provide an economical and effective method of applying phase-stepping interferometry to optical metrology. However, the intrinsic frequency instability of these devices limits their use in gauge block interferometry where precise and repeatable phase steps must be maintained simultaneously on two discontinuous surfaces and over relatively long path lengths. We demonstrate a method using a visible injection diode laser, the frequency of which is locked by using a Fabry-Perot interferometer. Small changes to the length of the Fabry-Perot interferometer shift the frequency of the laser producing proportional and repeatable phase steps to the gauge block interferogram. This method has been successfully implemented with a Fizeau-type gauge block interferometer with a phase measurement resolution of 0.005 lambda. The phase data are then processed to map the surface form of gauge blocks up to 100 mm in length and to objectively assess surface shape parameters.     

大量程纳米级光栅干涉位移测量

针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题,提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法.首先利用长度400mm,栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图,实现了条纹的10倍光学细分.然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法,利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分.在此过程中,针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响,提出条纹图整周期裁剪的方法,使条纹细分精度至少可达到1/1000条纹周期.仿真和实验结果表明,系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度.     

激光跟踪仪角度采集系统设计及误差修正研究

高精度的角度采集和测量是激光跟踪仪实现跟踪和精密测量的关键。针对激光跟踪仪中采用的圆光栅编码器,本文介绍了一种基于FPGA的数据采集系统的设计与实现方法。该采集系统分为滤波、计数、通信三大模块。数字滤波模块用于消除跟踪控制过程中跟踪头振动、抖动产生的信号干扰;计数模块实现方波脉冲的倍频、辨向及计数;通信模块实现跨时钟域的数据传输。系统通过Modelsim仿真及实验测试验证了方法的可行性与可靠性。采用谐波分析方法对角度误差进行了修正,测量误差由3.5″降低到1.5″。本文设计的角度采集系统及谐波分析误差修正方法具有一定的通用性,可广泛应用于相关领域。     

大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准的实验研究

搭建了基于激光干涉仪测量原理的三轴微位移测量系统,对大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准进行实验研究。介绍了双频激光干涉仪测量系统的构成;编写了纳米位移台的控制程序和激光干涉仪数据采集程序;阐述了位移台的非线性校准方法,并通过实验对比了多项式三阶拟合和三阶分段拟合的差别,验证了校准方法的准确性。实验表明:使用三阶分段拟合的校准方法效果更好,校准前,x轴的最大非线性误差为4.052μm,y轴的最大非线性误差为2.927μm;校准后,x轴的最大非线性误差为15nm,y轴的最大非线性误差为17nm,仅为原始非线性误差的1%。