光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移——光强关系

<正> 光栅发讯器莫尔条纹光强分布及位移—光强关系,在很大程度上决定了光电转换器件输出信号的幅度,波形及信号调制度等重要性质。本文推导了莫尔条纹光强分布及位移—光强关系的普遍表达式,并分别对光闸式,游标式及横向莫尔条纹进行了讨论。从光强表达式引出的莫尔条纹几何参数与文献(1)完全一致,从而把莫尔光强分布与几何计算统一起来。本文只讨论振幅光栅,光栅具有较长的空间周期与不变的空间频率,由平行的均匀的非相干光垂直入射,光栅组间无间隙或具有小间隙,光电器件直接接收从光栏出射的莫尔光强。     

光电编码器LED光源的准直

由于发光二极管(LED)光束的准直度对光电编码器性能影响很大,研究了LED光束的准直特性.分析了光源辐射角对光栅光通量的影响;运用图像旋转理论和频域分析方法,导出了莫尔条纹透光特性函数式,揭示了光源准直度参数对莫尔条纹函数特性的影响.获得了与光束准直度相关的不同透光缝宽度下的莫尔条纹仿真波形,分析了光源准直特性指标对莫尔条纹对比度以及光栅间隙的影响.理论计算结果表明,当透光缝宽度减小5 μm时,莫尔条纹图像的对比度下降17.66%,实验结果与理论仿真波形吻合,表明文中提出的莫尔条纹函数式可为高精度和高可靠性编码器没计和生产提供参考.     

光电编码器LED光源准直特性研究

发光二极管（LED）光束的准直度对光电编码器性能影响很大。通过分析光源辐射角对光栅光通量的影响,运用图像旋转理论和频域分析方法,导出莫尔条纹透光特性函数式并且获得不同a’值下的莫尔条纹仿真波形,分析了光源准直特性对莫尔条纹对比度和光栅最大允许间隙的影响,实验结果与仿真波形吻合。本文对高可靠性编码器设计和生产具有参考价值。     

光栅副+1级和-1级莫尔条纹的位相关系

分析了衍射光栅副的±1级莫尔条纹之间的位相关系与光隙副间隙等因素的关系,从而可利用±1级莫尔条纹提高信号质量。     

光栅副的间隙莫尔条纹

提出了间隙莫尔条纹的产生原理。推导出由光栅副间隙所产生的纵向莫尔条纹的计算公式及横向莫尔条纹的转角变化公式。拍摄了实验照片并验证用此法测定镜头焦距的精度。     

光栅发讯器莫尔条纹几何参数的计算原理

计量光栅技术是一种先进的长度与角度自动测量技术。它通过光栅发讯器将机械位移转变成周期变化的光电讯号,并配合电子技术,以实现机器或仪器的位移数字测量、数字控制以及动态测试等。因此受到国内外的普遍重视,获得日益广泛的应用。 两片光栅重叠形成的莫尔条纹现象,是此种测量方法的基础。本文讨论了光栅发讯器莫尔条纹几何参数的计算原理,目的是要建立莫尔条纹的几何参数同光栅本身尺寸参数及可调节参数之间的关系式。 莫尔条纹几何参数有:交点坐标x、y,条纹距离W,条纹倾角α;光栅本身尺寸参数有:栅距P1、P2、φ,参考圆直径DCK;可调…     

用“零位补偿法”提高光电圆刻机的刻划精度

一、光电圆刻机结构简介及刻划原理QGG405光电圆刻机由以下几部分组成:1.机械部分。它由主轴;传动系统(蜗轮、蜗杆、传动齿轮等);粗分度系统(棘轮、棘爪等);刻划系统(刀桥、刀架、光刻头等)构成。2.光学部分。它包括:动、静光栅副;光学照明器;光电信号转换部分等。3.电器部分。由莫尔条纹光电信号加法器;差分运算放大器;间隙刻划用的交流伺服电机控制电路;连续刻划用的始、终位置控制电路;刻划圈数的控制电路和电源等组成。     

光栅付相对位置偏差对信号质量的影响

本文通过实验总结了光栅位移传感器所发信号的调制度和直流电平两者随光栅间隙而变化的脱律。在此其础上,对“光栅付相对位置偏差——信号质量”变化规律进行了全面的分析验证,得出一系列表示这种变化规律的传递公式。     

计量光栅的槽型结构

本文着重分析了采用计量光栅刻线(或刻槽)合理的形状来满足对莫尔条纹所产生的光信号的要求——信号强、反差大、正弦性好。同时论述了计量光栅的双级闪耀问题。     

圆光栅副多头取样信号分析

本文研究了在圆光栅系统中光栅黑白比改变,听引起的莫尔信号变化;指出一般的圆光栅副(小间隙、中径处黑白比为1)取样时,在刻划中径附近的区域其信号可用三角波表示,多头读数时的合成信号可以解析得到,合成信号的分析变得便利而直观。莫尔信号多头迭加由计算机编程模拟,频幅分析采用FFT 算法,大大缩短了分析众多参数所需的时间。     

两光栅空间位置参数及光电元件位置参数对莫尔条纹及光栅信号质量影响的研究

本文利用傅里叶光学理论定量地分析了两光栅空间位置参数及光电元件位置参数对莫尔条纹及光栅信号质量的影响,并对几种不同光栅常数的系统进行了实验研究。     

新型密封式精密钢带光栅线位移传感器的研制

研制了一种新型的密封式超长精密钢带光栅线位移传感器.该传感器采用了反射式精密超长计量钢带光栅尺作为测量基准尺,实现了大量程,并且依据激光光电扫描器拾取光栅莫尔条纹光电信号,提高了光栅付工作间隙量和测量的精度.实验的结果表明:传感器量程为3 m,10 m,50 m时,其测量精度可以达到±5 μm/m,±10 μm/m,±20μm/m.     

光栅谐振子检测地震波的理论和方法研究

提出了一种新的检波理论和方法 ,它是一种实现检测地震波信号的地震勘探技术。采用光栅谐振子为敏感元件 ,将大地震动的机械信号转换成光调制信号—莫尔条纹 ,再用光电接收器件将其转换成数字化电信号输出。光栅谐振子检测地震波的装置能够直接将大地震动的机械信号转化为脉冲数字信号输出 ;并以记数的形式采样 ,避免了器件的精度不同对传感器输出的数据质量的影响 ,从而简化了组装工艺。文中阐述了该方法的工作原理、参数计算、测试方法和实验结果     

基于差动莫尔信号的超高精度对正系统

为实现压印光刻中套刻对正超高精度的要求,采用基于斜纹结构光栅差动莫尔信号对正技术。利用光电接收器件阵列组合接收光栅产生的莫尔条纹信号,得到x,y方向的对正偏差信号。通过对基本莫尔信号和差动莫尔信号的分析对比,证明了差动莫尔信号具有更好的灵敏度,并在差动模式的基础上采用Chebyshev数字滤波器进行去噪,最终实现±20nm重复对正精度,达到100nm压印光刻的对正精度的要求。     

莫尔偏转法中衍射效应对条纹对比度的影响—非相干光照明

本文介绍了在非相干光照明下,莫尔偏转法测量相位物体时,第二块光栅不能准确地放置在第一块光栅的Talbot象面处而引起的衍射效应对莫尔条纹对比度的影响。     

C-T型分光系统避免零级回反的设计计算方法

一些C-T型单色器存在光栅零级回反现象,这会引起严重的杂散光问题。从球面准直反射镜及光栅系统的基本几何关系入手,运用几何光学原理入手,分析了C-T型单色器光栅准直镜系统产生零级回反的充分必要条件,即零级光柱落在第一准直镜反射面,同时光栅一部分位置落入第一准直球面镜的边缘法线以内。从而提出了在初始设计计算阶段避免光栅准直镜系统产生回反的理论措施及设计计算方法。即在设计阶段适当增加入射角,以及适当增加光栅与第一准直镜的相对距离。从而使得光栅位置全部落在第一准直镜边缘法线以外,因此能够确保系统无零级回反产生。     

非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。     

GPT-1型光栅偏心调整检验仪

从光栅副形成莫尔条纹的特性方程出发 ,分析了对电子经纬仪的光栅副偏心调整的四种方法 :莫尔条纹调整法、漏缝调整法、基圆调整法和基于李萨茹圆的电调整法。根据实际情况 ,确定了对光栅偏心调整采用基于 CCD图像系统的基圆调整法进行粗调 ,和基于虚拟数字示波器的精调法相结合的方案 ,采用曲线拟合和相关法 ,计算出光栅偏心的大小与方位 ,并给出了光栅偏心与轴晃的关系 ,介绍了 GPT- 1型光栅偏心调整检验仪的组成和功能 ,最后给出了仪器的调整检验结果。实践表明 ,GPT- 1型光栅偏心调整检验仪为电子经玮仪的装配、光栅偏心调整和偏心检验起到了重要的指导作用 ,大大地提高了生产效率     

GPT一1型光栅偏心调整检验仪

从光栅副形成莫尔条纹的特性方程出发，分析了对电子经纬仪的光栅副偏心调整的四种方法：莫尔条纹调整法、漏缝调整法、基圆调整法和基于李萨茹圆的电调整法。根据实际情况，确定了对光栅偏心调整采用基于CCD图像系统的基圆调整法进行粗调，和基于虚拟数字示波器的精调法相结合的方案，采用曲线拟合和相关法，计算出光栅偏心的大小与方位，并给出了光栅偏心与轴晃的关系，介绍了GPT一1型光栅偏心调整检验仪的组成和功能，最后给出了仪器的调整检验结果。实践表明，GPT一1型光栅偏心调整检验仪为电子经纬仪的装配、光栅偏心调整和偏心检验起到了重要的指导作用，大大地提高了生产效率。     

基于相关和最小二乘原理的光栅栅距动态测量

栅距是光栅位移精密测量的基准,测出栅距值是进一步提高位移测量精度的关键.根据光栅莫尔条纹的动态特性,提出在光栅传感器运动过程中将栅距量转换为时间量测量的新方法.首先基于相关原理测量莫尔条纹信号经过两个距离固定的光电转换器的时间延迟来获得传感器的运行速度,时延估计采用了小波自适应算法;其次基于最小二乘原理确定莫尔条纹信号的相邻两个最小值来获得光栅栅距所对应的时间;最后由运行速度与栅距所对应时间的乘积确定栅距值.实验结果表明对于20 μm栅距的光栅传感器测量误差小于0.08 μm,验证了方法的可行性.