浅述计量光栅技术

利用光栅的莫尔条纹原理,把计量光栅作为精密计量元件,广泛应用于仪器仪表及机床等方面,有利于实现测量的自动化、数字化以及动态测量,并有利于提高测量精度。本文主要从莫尔条纹原理、计量光栅系统设计、光栅细分技术等方面对计量光栅测量技术及其特点进行介绍。随着现代电子技术的发展,计量光栅技术被应用于更多更广泛的领域,并向着纳米级精度突破。     

关于元光栅莫尔条纹方程的讨论

目前,光栅技术在长度计量领域中得到了广泛应用。大家知道,光栅传感器信号转换的基础是利用两块具有规则周期的光栅迭合时所形成的莫尔条纹。因此,分析各种光栅迭合时的莫尔条纹方程及其特点,是正确设计和正确使用光栅传感器的重要前提。有关长光栅莫尔条纹方程的分析,文献[1]从衍射原理出发,文献[2]按几何光学处理,均有详尽的分析。值得指出的是:两者从不同角度出     

反向莫尔条纹

目前,莫尔条纹技术在仪器仪表以及机床等方面得到了广泛的应用。所使用的光栅种类有:长光栅、径向光栅、切向光栅和圆光栅等。这种结构简单、原理也并不深奥的曲线族——光栅,在世界各国仍在不断地研究与探索,推动着莫尔条纹技术不断地向前发展。     

用虚光栅移相莫尔条纹法测量光学元件的角度偏差

引入一种处理静态干涉图的新方法———虚光栅移相莫尔条纹法,详细介绍了此方法的原理。它是一种基于虚光栅技术、移相技术和莫尔技术的载频图像处理方法,用这种方法处理一幅加有载频的干涉图时,可以实现干涉条纹移相的效果,且没有移相误差。以玻璃立方体楔角为例,介绍了虚光栅移相莫尔条纹法在光学元件的角度偏差测试方面的应用,给出了实验结果,并与ZYGO的测试结果进行比对,结果吻合,从而证实了这种方法的可行性。测量精度可达到0.1″,因此可应用于对角规精度的标定。     

计量光栅信号质量综合评价系统

光电轴角编码器中的莫尔条纹信号质量决定了整个系统的细分精度。计量光栅信号质量综合评价系统由编码器、数据采集卡和相应的软件组成，采用一种以莫尔信号离散采集和数据处理为主的数字化检测方法，实现了莫尔条纹信号质量各项指标的评价，对提高测量精度以及光栅系统的设计具有一定意义。     

关于光栅式量仪光栅的调整与步骤

光栅式量仪是基于用光栅通过光电元件实现光电转换的仪器。该仪器的基准元件是光栅。因此 ,如何调整光栅是满足光栅式量仪准确度的关键。在调整光栅过程中 ,主要从调整光栅间隙和莫尔条纹这两方面着手。下面分别加以叙述。一、光栅间隙尺寸的选择用主光栅和指示光栅形成莫尔条纹时 ,为避免擦伤 ,不允许零间隙。这样 ,在主光栅和指示光栅之间形成一段距离。这段距离 ,我们称为光栅间隙。光栅间隙的选择是很重要的。间隙是否正确 ,直接影响莫尔条纹的清晰度和光电信号强弱。间隙小时 ,莫尔条纹反差强 ,灯丝发散角的影响和光轴与光栅表面不垂直…     

基于EMD算法的光栅莫尔条纹信号去噪方法研究

针对计量光栅莫尔条纹信号的质量问题,提出了基于经验模态分解（EMD）算法对非平稳光栅莫尔条纹信号模型的去噪方法。建立非平稳的光栅时变信号模型,利用EMD算法不需要定义滤波器参数的自适应性优点,对添加不同噪声的多组光栅信号模型进行了滤波分析的仿真实验,其信噪比和均方根误差两项指标优于均值滤波、小波阈值去噪方法。对两路正余弦理想信号添加高次谐波分量,通过对比EMD算法抑制高次谐波前后的李萨如图形,验证了该方法在去噪过程中对光栅莫尔条纹信号正弦性误差补偿的良好效果。     

无衍射光莫尔条纹空间直线度测量的原理与实验

提出用无衍射光和莫尔条纹进行空间直线度测量的技术。无衍射光用作直线基准并照射在一环光栅上，由于无衍射光斑也是一系列环状条纹，因此光栅上将发生莫尔条纹，光栅固定在移动物体上，若运动轨迹偏离无衍射光的中心线，莫尔环就将发生偏离，莫尔环的偏离量数倍于光栅的偏离量，由此产生一放大的二维直线度信号，图像处理技术用于计算机莫尔环的中心，理论和实验表明，该方法具有高灵敏度和抗激光漂移的优点。     

光栅信号质量检测及电路实现

对光栅信号的质量指标，主要是对光栅到莫尔条纹信号质量指标进行了分析，并通过采用谐波分析法，对光栅信号质量进行动态综合检测的电路进行了实现。这对计量光栅的发展和长光栅的检测，具有一定的现实意义。     

空间两光栅的莫尔条纹方程

大家知道,现有两光栅迭合时的莫尔条纹方程的讨论,都是在两光栅尺面相互平行的条件下进行的。但是,在光栅副工作过程中,两光栅尺面在空间实际上可处于随意位置而并不平行。那末,在此情况下,空间两光栅的莫尔条纹方程将如何表达?同时,两光栅面间空间角的变化又将如何改变莫尔条纹的宽度及方向,进而造成对光栅系统测量精度的影响?本文利用建立空间光栅平面与空间栅线方程的办法,理论求导了空间两光栅的莫尔条纹方程;并就两光栅面间空间角的变化对条纹宽度及方     

采用Talbot效应莫尔条纹的子波面斜率测量

为了实现大口径长焦距透镜波面精确测量,提出了一种基于朗奇光栅泰伯效应、莫尔条纹技术的子波面斜率测量方法.当子孔径光束照射在朗奇光栅上时,在光栅后周期位置出现光栅的泰伯像,如果将另一朗奇光栅放在光栅泰伯像的位置,在这块光栅后就会形成莫尔条纹,莫尔条纹会因子孔径光束的斜率微小变化而产生移动,通过计数移动的莫尔条纹数就可以得出子孔径光束的波面斜率.文章推导了子波面斜率的计算公式并进行了理论分析,从实验上对理论分析进行了验证.这种方法能够用于大口径波面检测中子孔径波面斜率的精确测量.     

光栅莫尔条纹细分及辨向方法研究

提出了一些新的基于数字处理技术的莫尔信号细分及辨向方法.单光栅副莫尔条纹采用差值细分方法;双光栅副莫尔条纹采用乘积细分法.将信号进行区间划来实现辨向.实验采用DSP器件内置的高速A/D模块实现数/模转换,利用DSP专用指令实现信号的滤波、细分和辨向.实验结果表明,单光栅副和多光栅副的细分精度分别为3"和0.3".     

基于泰伯-莫尔效应的滚转角测量方法及其图像处理

针对同一物体首尾或不同位置的滚转角测量,提出了一种基于泰伯-莫尔效应的测量方法,其主要原理是利用Ronchi光栅形成的泰伯像与第2块Ronchi光栅形成莫尔条纹,两个光栅的夹角即为滚转角,泰伯-莫尔条纹的宽度和倾角会随滚转角的变化而变化,通过对泰伯-莫尔条纹宽度和倾角的计算可获得光栅副滚转角的大小.基于以上方法,建立了一种滚转角测量系统,并对条纹图像进行处理与分析.理论分析和实验结果表明该方法可以实现±5 400 arcsec范围内滚转角的测量,并且最小分辨力为0.78 arcsec.     

用光栅摆动法检校光束准直性

本文介绍一种基于Talbot效应检校光束准直性的新方法——光栅摆动法。它不需要测量莫尔条纹的方向,也不需要瞄准条纹,而仅仅是转动光栅时观察莫尔条纹的变化规律。文章从理论上阐述了这一方法的基本原理,并通过实验验证,表明该方法具有准直精度高、检测装置简单,操作方便等优点。     

纳米光刻中奠尔对准模型与应用

在纳米光刻中,采用周期相差不大的两光栅分别作为掩模和硅片上的对准标记。当对准光路通过这两个标记光栅时受到两次调制,发生双光栅衍射及衍射光的干涉等复杂现象,最后形成有规律、且呈一定周期分布的莫尔条纹。周期相对光栅周期被大幅度放大,条纹移动可表征两标记的相对位移,具有很高探测灵敏度,可用于纳米级高精度对准。从傅里叶光学角度分析推导了对准应用中,两频率接近的光栅重叠时莫尔条纹振幅空间近似分布规律。并设计了一组对准标记,能继续将灵敏度提高一倍。通过仿真分析,从大致上定量地验证条纹复振幅分布的近似数学模型以及光刻对准应用中的条纹对准过程。     

数显式万工显数显装置常见故障及处理

一、数显装置的工作原理数显装置由光栅传感器和光栅数显表组成 ,基本组成部分如图 1。光栅传感器的结构如图 2。光源 1发出的光经聚光镜 2形成平行光 ,通过主光栅 3和副光栅 4产生明暗相间的莫尔条纹 ,当主、副光栅发生相对位移时 ,莫尔条纹发生相应变化 ,光电接收器 5 (一般为硅光电池或光电三极管 )接收莫尔条纹信号 ,并将光信号转换为电信号 ,此电信号随莫尔条纹的变化而变化 ,其变化的曲线近似为正弦波 ,经滤波、放大、整形、计数、送入计算机处理 ,在数显表上给出结果 ,并可打印、记录。数显装置采用的是开启式光栅传感器 ,在图 2中 :…     

纳米光刻中莫尔对准模型与应用

在纳米光刻中,采用周期相差不大的两光栅分别作为掩模和硅片上的对准标记.当对准光路通过这两个标记光栅时受到两次调制,发生双光栅衍射及衍射光的干涉等复杂现象,最后形成有规律、且呈一定周期分布的莫尔条纹.周期相对光栅周期被大幅度放大,条纹移动可表征两标记的相对位移,具有很高探测灵敏度,可用于纳米级高精度对准.从傅里叶光学角度分析推导了对准应用中,两频率接近的光栅重叠时莫尔条纹振幅空间近似分布规律.并设计了一组对准标记,能继续将灵敏度提高一倍.通过仿真分析,从大致上定量地验证条纹复振幅分布的近似数学模型以及光刻对准应用中的条纹对准过程.     

一种不用透镜的简单光栅结构

我们设计了一种简单的光栅结构,不用透镜而只用粗光栅(如每毫米三条线的光栅)就可直接得到莫尔条纹,还可以克服条纹弯曲的缺点。甚至在弧形光栅的情况下边,可以产生直线平行的质量很好的莫尔条纹。结构如图所示,将动光栅和定光栅的线条以及线光源都装成互相平行(实际上稍有一些     

基于莫尔条纹的自准直测角技术

针对方位瞄准过程中的强光干扰问题,在结合光电自准直测角和光栅测长原理的基础上,提出了基于莫尔条纹的自准直测角方法.分析了基于莫尔条纹自准直测角原理,即利用自准光栅像和透射光栅重叠产生莫尔条纹,将角量变化转变为线量变化进行测量.根据该原理设计了光学系统,建立了基于莫尔条纹自准直测角的数学模型,给出了理论计算公式,并进行了测量精度分析.理论计算结果显示,在±15′的视场范围内,系统精度达到1″,优于采用狭缝时光电自准直测量的精度.     

采用软件细分技术的光栅测角仪

本文叙述的光栅数显测角仪,采用计算机软件对光栅莫尔条纹信号实现了400细分,与用硬件细分莫尔条纹信号方法相比,该整机具有成本低廉、准确度高、显视直观、并可根据需要进行实时控制、操作简单等特点。