双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

光栅测量技术在数控机床上的应用——光栅尺篇

光栅尺是光栅线位移传感器的简称,是一种利用光栅原理实现线位移测量的传感器。光栅线位移传感器主要应用于直线移动导轨机构,可实现移动量的精确显示和自动控制,广泛应用于金属切削机床加工量的数字显示和CNC加工中心位置环的控制。     

高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点

在现代机加行业中,大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制,降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差,提高加工精度,所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。光栅尺分为增量式和绝对式:增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹,通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量,并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置;绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道,读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。     

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.     

激光丝杠测量仪的激光信号监测

HJY012型五米丝杠激光动态测量仪以He-Ne激光的光波波长作长度测量基准,以圆光栅作角度测量基准。准直激光束经分光镜后分成光强为I_1、I_2的两束,分别经参考锥体棱镜和测量锥体棱镜,最后在接收光电管上得到干涉条纹。HJY012型激光五米丝杠动态测量仪专用处理机在将激光信号处理时采用的是迭代法,其处理方法要点是:将λ/8视为与0.1μm等值的单位脉冲,这样脉冲数在数值上将等于测量架的以0.1μm为单位的线位移量。由于实际上两值并不相等,稳频He-Ne激光器的光波波长在标准状态下λ=0.63281917μm因而将有增量产生。此增量可经一定数目的脉冲时     

一种光学两细分的方法

目前，在长度测量中，对分辨率的要求越来越高。这里介绍的一种线位移传感器具有较高的准确度和分辨率，其优点是采用了光学两细分。从LED发出的光经扫描板后主要衍射为-1，0，＋1级，这三束光遇到主光栅──反射相位光栅后，被衍射成＋1级和－1级。相位光栅移动一个周期时，其±1级衍射光均发生了360°相移，＋1级和－1教相移符号相反。这两束光经批描板上指示光栅时又一次衍射，同方向衍射光产生干涉，这三束干涉光经三个电池接收后，光强度转化为电信号，电信号的周期只有光栅周期的一半。     

光栅尺位移测量系统热态特性分析

以光栅尺位移测量系统为研究对象,考虑直流电机和激光电磁热等热源对测量光栅以及读数头等光栅尺位移测量系统主要部件的影响,应用COMSOL有限元分析软件对测量光栅和读数头镜组进行了热-结构耦合分析。结果表明:测量系统工作1h,测量光栅附近温度升高1℃,达到稳态时的光栅最大形变值为0.49μm,由此带来的光栅在X方向上的零位漂移误差和示值误差最大可达到-0.49μm;读数头镜组最大形变值为0.09,平均热漂移系数为0.05,镜组温度和折射率呈现出明显的梯度分布。研究结果为实际工程应用中纳米级位移测量的环境控制提供了参考。     

光栅线性位移传感器误差分析

本文对光栅线性位移传感器在使用与安装时产生的误差进行了探讨,着重分析了光栅尺变形和尺框变形及误差及压杆结构造成的误差。这对提高传感器的位移测量精度具有实用价值。     

纳米级定位精度一维位移工作台

介绍了一种具有纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用粗精两级定位机构。可以实现0～6mm范围、1nm理论分辨力的快速、高精度定位；固定在工作台上的全息衍射光栅实现了对工作台位移的高精度闭环检测。采用ANSYS有限元分析软件对精定位工作台进行了静态及动态特性分析；采用双频激光干涉测长仪对工作台的定位精度进行了对比测量。位移工作台已用于表面三雏形貌测量中，给出了对标准样板的测试结果。     

高精度衍射光栅干涉式测量系统的主要误差分析与仿真

设计了一种高精度位移传感器——衍射光栅干涉仪系统。该系统利用半导体激光器作为光源,衍射光栅作为长度标准,其光学原理可以利用多普勒效应来阐述。给出当光栅存在沿X向、Y向上的位移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的转动误差时,引起干涉条纹质量变化和测量误差的定量关系,为测量系统在实际应用中进行误差修正提供依据。经分析可知,光栅沿X轴(光栅运动方向)、Y轴(光栅刻线方向)和Z轴的偏移几乎不会导致条纹信号变化;当光栅沿着X轴旋转时,条纹方向和间隔均发生了变化;当绕Z轴旋转时,条纹间隔没有变化但是方向发生了变化;当沿X轴和Y轴旋转后,条纹位置分别向右和向下移动。光栅沿Z轴移动误差小于0.05mm,绕X轴和Z轴旋转误差小于0.002rad,绕Y轴旋转误差小于0.005rad时,满足测量范围为1000mm时,精度为±3μm测量的要求。     

全息杨氏干涉仪

本文提出了用全息双频光栅来实现一种新型的杨氏干涉仪。钠光灯成像于作为次级光源的单狭缝上,其柱面光波经全息双频光栅衍射后,有两个+1级(或-1级)分量形成了两个虚狭缝,在光栅后面的毛玻璃屏上便得到杨氏干涉条纹。全息杨氏干涉仪可进行杨氏干涉和光学相干性测量实验,其相对误差分别为0.8%和2.0%。文中描述了全息杨氏干涉仪的原理、设计和性能。该仪器投入光学教学实验效果良好。对其应用前景也作了简要的讨论。     

高精度非球面表面测量技术研究

追求更高制造精度一直是制造业的目标,制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控技术,而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。在诸多非球面测量方案中,接触式光栅测量技术能够达到相对较高测量精度并具有广泛的适用范围。针对该技术在两个方面提出进一步的改进:第一,把原子力显微镜和用于位移精密测量全息光栅引入非球面制造系统,取代机械测头,以便对该系统所采用测试手段进行改进,进而提高该系统测量精度:原子力显微镜的工作模式采用轻敲模式。第二,全息光栅是光栅制造的最新发展,它的各种指标参数均优于刻划光栅,全息光栅位移精密测量技术也优于传统光栅位移测量技术;为进一步提高非球面表面测量精度,采用全息光栅取代普通光栅实现位移精密测量是非常必要的。     

掩模台水平向的二维衍射平面光栅测量模型验证

为了降低掩模台位置测量的位置误差,首先阐述了二维衍射平面光栅尺在掩模台上的布局与信号采集模块;然后运用两个二维衍射平面光栅尺建立掩模台位置测量模型;最后以双频激光干涉仪作为参考测量系统,对比两个测量系统的不确定度。实验证明:二维衍射平面光栅尺测量系统的不确定度比较低,可以有效地实现掩模台的三自由度位置超高精密测量。     

全自动生化分析仪用分光光度计

结合国家九五攻关"全自动生化分析仪的研制与开发"项目,研制了一种用于全自动生化分析仪的紫外 可见分光光度计。该分光光度计采用全息凹面平像场光栅为分光元件,以硅光电二极管阵列为探测器。光度测试采用后分光技术,从光源辐射的复合光先经样品溶液吸收后再由全息凹面平像场光栅分光,光电二极管阵列同时接收12路光谱信号,多个光谱信号同时检测,实现快速测量。     

大量程自由曲面的自适应跟踪测量方法研究

提出一种利用激光位移传感器实现自由曲面自适应跟踪测量的方法。该方法基于闭环运动控制技术,通过由光栅位移传感器及精密移动线性机构组成的伺服随动系统自动调整激光测头位置,以跟踪被测曲面的起伏变化,保证激光位移传感器始终工作在其线性度较高的测量范围内,从而实现对大量程自由曲面的自动测量。实验结果表明:利用激光位移传感器在小测量范围内非线性误差小的特点,集成光栅传感器和伺服机构,可实现大量程自由曲面的高精度测量。     

基于Gsolver的双层纳米光栅位移检测装置设计与衍射特性研究

针对现有光栅位移传感器分辨率和精度难以提高的难题,该文设计了双层纳米光栅位移检测装置。该文首先用严格耦合波理论分析了纳米光栅的衍射效率与结构参数的关系公式,然后通过Gsolver软件仿真得到双层纳米光栅的位移量与光强衍射效率的关系曲线。从关系曲线中发现:双层纳米光栅结构的0级透射光和反射光的衍射效率随可动纳米光栅结构的位移移动量周期性变化,衍射效率变化率为0.175%/nm。该文设计的双层纳米光栅位移检测装置的分辨率为800 nm,为高精度高分辨率的位移传感器提供了可行途径。     

基于反射型全息光栅的温度响应特性研究

针对全息材料的热膨胀,研究了温度变化时,全息光栅条纹结构的变化情况并对多块不同制备条件下记录的反射型全息光栅进行20℃到80℃间的温度特性测量。测量结果表明,反射型全息光栅的衍射布拉格峰随温度变化而平移,最大衍射效率也因此改变。此外,反射型全息光栅对温度变化的敏感性与其条纹周期有关。     

数控机床位置测量系统故障及排除

位置测量是数控机床加工精度和定位精度的重要保障。根据机床是闭环或者半闭环的结构不同，分别安装直线测量尺和角度测量尺。组成直线测量系统常见的有长光栅尺(又分为透射光栅和反射光栅两种)、直线感应同步器和直线式磁栅等；组成角度测量系统常见的是圆光栅编码器、旋转变压器、旋转式感应同步器和角位移式磁栅等。     

基于空间网格的三维激光球杆仪系统误差标定

三维激光球杆仪是一种空间坐标测量设备,由二维转台和径向伸缩机构组成。伸缩机构的末端固定有一个由测量目标磁吸并带动设备运动的标准球。伸缩机构的位移由光栅尺测量,二维转台的旋转角度由圆光栅测量,测量系统测得的坐标经坐标转换后可以得出被测目标的坐标。分析了系统的主要误差来源,采用多体系统误差建模方法建立了误差模型。最后基于几何误差模型非线性优化对设备的单项误差进行标定。经过误差补偿后,设备在测量范围内测量空间点的位置误差可以达到0.06 mm以内。     

基于8254的位移测量系统在数控电火花加工机床中的应用

介绍了一种光栅尺位移测量系统的简单高效开发方法,并对光栅测量原理和系统主要芯片进行了简单叙述.该测量系统基于工业级CPU卡,主要应用Intel8254芯片作为计量部件,此外对相应硬件电路及软件进行了设计说明.依据光栅尺可辨向及高精度的特点,该测量系统达到了预期的精度要求,并实现了对机床加工过程中加工轴移动距离的实时测量.