基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

一种滚转角和直线度同步干涉测量方法的研究

提出一种用于精密线性位移台滚转角和运动直线度同步测量的激光外差干涉系统。该干涉系统由一个Koster棱镜、角隅棱镜、分光镜、1/2波片、直角棱镜、1/4波片以及楔面棱镜和楔面反射镜组成。楔面棱镜作为测量运动直线度和滚转角的传感器固定在线性导轨上,当双频激光器的光射入干涉系统中后,形成空间对称的六光束测量信号。空间结构对称、系统共光路的特点使光学分辨率比普通的迈克尔逊干涉仪高一倍,光程死区达到最小。系统稳定性好,抗环境干扰能力强。光路对称使得增加或减小的光程变化相同,其他自由度引起的光程变化相互抵消,仅有运动直线度和滚转角的变化可以进入光程差,有效地排除其他自由度及阿贝误差的串扰,实现高精密测量。试验证明相互平行且不同频率的两束光在同一反射系统中发生运动直线度偏移和滚转角变化时,通过两束光携带的不同相位信息能直接得到运动直线度和滚转角的变化值。它不需要一条与行程同样长度的大反射镜作参考便能够实现高分辨率测量,简单实用,可直接溯源米定义。     

声光外差干涉精密动态角度测量系统

本文提出了一种用于精密角度测量的新型干涉仪，使用普通氦－氖激光器，采用声光调制，光外差干涉，电信号混频、比相技术，可得到较高的测量分辨率，干涉仪结构简单，调整方便。     

极坐标数控铣齿机直线度和垂直度的干涉测量

根据极坐标数控铣齿机床结构特点,采用Renishaw双频激光干涉仪测量直线导轨直线度,对干涉仪直线度测量原理和光束调试方法进行了详细探讨,通过分析垂直和水平导轨直线度数据,最终获得了两直线导轨的垂直度误差.     

基于激光干涉的长导轨直线度误差测量

介绍了一种基于激光干涉的长导轨直线度误差测量系统。由氦氖激光器产生激光光束,经准直后投射到被置于被测导轨上作为接收靶的楔形光学玻璃板上,产生干涉。将接收靶沿被测导轨移动,如果导轨有直线度误差,则接收靶过桥与导轨的接触点所形成的直线角度发生变化,导致干涉条纹发生移动,通过检测干涉条纹变化量就可以得到导轨的直线度误差。将光电传感器检测得到的干涉条纹移动量送入单片机系统处理,得到被测点相对于准直光束的偏移量。最后对系统进行了实测实验。实验表明:用该装置检测长度为50m的长导轨,直线度误差仅为623.103μm。     

计算机在直线度误差测量中的应用

计算机在直线度误差测量中的应用四川省泸州化工学校（６４６００５）罗俊１建立正确合理的数学模型建立测量直线度误差的数学模型方法较多，下面介绍两种：１．１按两端点连线处理数据所获得的模型用被测实际线的两端点建立的理想直线作为评定基准来评定该实际线的直线度...     

超精密外差利特罗式光栅干涉仪位移测量系统

开展了扫描干涉光刻机工作台超精密位移测量的实验研究,以提高扫描干涉光刻机的环境鲁棒性。针对扫描干涉光刻机工作台位移测量精度,提出了新型高环境鲁棒性外差利特罗式光栅干涉仪测量系统。介绍了系统测量原理,设计了测量系统,提出了基于Elden公式的系统死程误差建模方法。设计制造了尺寸仅为48mm×48mm×18mm的光栅干涉仪。基于误差模型计算了死程误差,计算结果表明:对于1.52mm死程的光栅干涉仪,宽松的环境波动指标(温度波动为0.01℃、压力梯度为±7.5Pa、相对湿度波动为1.5%、CO2含量波动为±50×10-6)仅引起±0.05nm的死程误差。最后,设计了基于商用双频激光平面镜干涉仪的测量比对系统,开展了光栅干涉仪原理验证实验和测并量稳定性实验。原理验证实验表明:光栅干涉仪原理正确且系统分辨率达0.41nm。测量稳定性实验表明:常规实验室环境下,环境波动引起的死程误差为7.59nm(3σ)@0.9Hz1~10Hz,优于同等环境条件下平面镜干涉仪的31.11nm(3σ)@0.9Hz1~10Hz。实验结果显示系统具有很高的环境鲁棒性。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

超精密运动台激光测量模型及误差补偿算法

分析激光测量中阿贝误差与余弦误差产生的原因,分两种情况讨论阿贝误差与余弦误差对测量光程的影响：一是忽略激光干涉仪加工误差与安装误差的理想模型;二是考虑干涉仪加工误差与安装误差的非理想模型。计算两种情况下测量光束的光程长度,建立x、y方向直线测量位置不受运动台倾斜或旋转影响的测量模型,进而推导出运动台五自由度激光测量算法。实例证明该算法能有效地进行阿贝误差与余弦误差补偿,满足超精密运动的要求。该算法已成功应用于半导体加工设备中。     

激光测量几何误差补偿算法

激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激光测量模型为基础,介绍了阿贝与余弦误差产生原因。在不考虑激光干涉仪的加工和安装误差的情况下,推导了运动台存在倾斜角度下的阿贝与余弦误差计算模型,在此基础上给出了激光测量数据误差补偿模型,以实现测量数据的实时补偿与修正。算法已经成功应用在实例中,表明该算法的有效性与可靠性。     

Novel two-frequency laser

The optics of a novel two-frequency laser is presented in this paper. The key components are a laser and a modulation unit consisting of acousto-optical modulators and Wollaston prisms. Different laser types can be used, covering a large wavelength range. The frequency difference is tunable. Use of the Wollaston prisms results in an efficient, compact, and stable unit with one optical axis. Its components are easy to align.     

High-precision positioning stage using optical zooming laser interferometer for linear encoder calibration

A high-resolution positioning system for linear encoder calibration was developed. The optical sources were stabilized to a femtosecond optical comb for high accuracy and direct traceability to the optical frequency comb. This system showed a control resolution of 17 pm by using an optical zooming interferometer. The stability of the stage was 4.5 nm at 200 seconds, which can be improved by easy modification of optical setup and lasers.     

Volumetric phase-measuring interferometer for three-dimensional coordinate metrology

We present a volumetric interferometer that has been specially designed to improve the measurement accuracy of the three-dimensional coordinate metrology by reducing excessive Abbe offsets. The interferometer is composed of two main parts; one is a three-dimensionally movable target and the other is a stationary two-dimensional array of photo-detectors. The target made of point diffraction sources emanates two spherical wavefronts, of which interference intensity is monitored by the photo-detectors. Applying phase shifting allows the phases of the photo-detectors to be precisely obtained, and the measured phases are fitted to a geometric model of multilateration so as to determine the xyz-location of the target by minimizing least square errors. A prototype built on a CMM demonstrates that the proposed interferometer is capable of measuring the xyz-coordinates of the probe with a volumetric uncertainty of less than 1.0 μm.     

立式光学计在教学实践中的应用探讨

正确使用立式光学计测量轴类零件素线直线度,是高职院校机械类专业教学中一个重要的实验项目,对提高学生计量方面的实际能力具有重要的作用。结合实际教学情况,总结学生在实验过程中出现的问题,详细分析了实验过程及数据处理等环节出现的误差较大甚至结论相反的原因,提出了应对策略,提高了学生的工程实践能力。实践证明,取得了较好的教学效果。     

六方水泵传动轴的直线度测量与校直方法研究

采用激光位移传感器对六方水泵轴的直线度进行直接检测,引入效率极高的矢量校直方法,开拓出对具有直线度要求的工件进行检测与校直的新途径,并采用反向法进行机床自身导轨误差分离,极大地提高了相同硬件条件下的检测精度。     

High-precision numerically-controlled measuring system for cylindrical surfaces

An instrument has been developed which can measure the roundness, straightness and surface texture of cylindrical surfaces whose cross-sections are either circular or deviate only slightly from a circle. The precision of the measuring system arises from ensuring the accuracy of relative rotational and axial motions and from the use of a stable displacement transducer with a high resolving power. Cylindrical scans of the surface can be obtained with a high degree of accuracy.     

三点接续式大尺寸工件直线度动态测量方法研究

讨论大尺寸导轨直线度的动态测量方法。首先介绍了三点接续式测量方案的基本原理及数据处理方法。文章结合电梯T型导轨的侧导向面和上导向面的特点,分别选择涡流传感器和平行激光—线阵CCD传感器,作为直线度动态测量的实现方案。最后,对三点接续式方法的测量误差进行了分析。