相位光栅干涉传感在位移测量中的应用研究

伴随精密制造技术的快速发展,高精度的位移测量技术成为测量领域关注的核心问题。深入分析相位光栅干涉测量原理可知,相位光栅干涉传感的分辨率属于微米级,甚至可达纳米级,将相位光栅干涉传感用于位移测量中可大大提升测量精度。因此,设计一种基于相位光栅传感器的位移自动测量系统,系统采用高对称性的四象限光电管,确保收到的干涉条纹信号不存在分散性,获取高信噪比的两路正交光电差分信号;将信号通过前置方法、去噪、去除直流偏置以及差动放大后,处理为方波信号传输至GAL16V8(可编程逻辑器件)和单片机进行四倍频细分以及辨向处理后,使用12A/D芯片AD1674对信号进行模数变换,得到干涉条纹信号的瞬时相位角,依据该相位角获取光栅位移值,单片机依据位移值的线性逼近值修正位移测量误差。研究结果表明,该测量系统测量值与实际值的差值仅有0. 006μm,测量精度较高;与同类测量系统相比,可在短时间内完成高精度位移测量任务,在存在噪声的环境中进行位移测量时,该系统抗干扰性始终大于0. 8。     

美国MicroE圆光栅在数控转台和DDR电机领域的应用及特点

近年来,对精确自动测量转角的要求大大增长,作为自动测量仪器和装备的关键元件圆光栅及反馈系统的需求也日趋迫切。很多部门在精密加工、精密测量和自动控制等方面,使用圆光栅就可以实现自动测量、数显和数控。     

基于衍射光栅的超精密定位技术研究

分析了一种百纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅(莫阿)信号与对应位移的数学模型, 并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。在此基础上设计了一套基于双级衍射光栅的精密定位装置, 利用两组衍射光栅, 取其透射零次激光叠栅信号的差信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及精密自动定位。系统采用的差动光栅技术, 极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度。通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位, 可在高精度定位的同时, 缩短定位时间, 实现高速高精度定位。实验结果表明, 基于衍射光栅的精密定位装置可获得±0.5 μm的定位精度, 对精密加工工程领域具有重要的实用价值。     

13位Sin/D转换器IC-NQ及其应用

详细介绍德国IC-Haus公司生产的13位Sin/D转换器IC-NQ的性能特点、引脚功能、工作原理、数据输出接口、应用设置.结合光栅读数头和精密运算放大电路,通过对该器件的编程设定细分数,实现了光栅位移测量系统,并将其应用于粗糙度测量仪中.试验结果表明,该器件运行稳定,性能可靠,可有效提高光栅位移测量系统的位移分辨率,达到位移的0.1μm的细分,为设计高精度粗糙度仪提供参考.     

一种基于视觉引导的激光经纬仪自动测量系统

为了实现对目标自动识别和自动测量,建立了一种基于视觉引导的新型激光经纬仪自动测量系统.利用两台TM5100a激光经纬仪作为精密角度传感器,采用二维精密转台带动相机代替人眼对被测区域进行扫描,引导经纬仪望远镜指向相机视场,进而对视场中的目标点进行识别和瞄准测量.对系统的自动视觉引导方法进行了研究.首先通过对精密转台和双经...     

平面反射式二维光栅测量系统研究

针对超精密运动台的二维亚微米级精度同步测量需求，提出并建立了平面反射式二维光栅测量系统，研究了平面反射式二维光栅的平面位移同步测量方法，分析了平面反射式二维光栅测量系统的误差传递模型。通过Vold-Kalman滤波算法，对光栅信号中存在的高次谐波误差、幅值/相位误差进行实时修正和滤除。采用反正切细分算法和周期测量法对光栅正交脉冲的频率进行测量，实现对被测目标的高分辨率测量和实时运动速度测量。同时，构建了亚微米级测量精度的平面反射式二维光栅测量系统，测量范围为500 mm×500 mm,x、y方向的定位精度为±0.3μm，测量分辨率为0.005μm。     

精密工作台光栅定位测量与控制系统的设计

定位测量与控制系统是精密仪器中的一个重要组成部分,特别是对高精度的仪器尤为重要.精密工作台光栅定位测量与控制系统是一种包括激光干涉仪、光栅、线纹尺、感应同步器、磁栅及码盘等多个元器件组成的精确的定位测量与控制系统系统.     

非接触式自动测量系统设计

为了提高工件测量自动化程度和测量精度,设计了基于万能工具显微镜的非接触自动测量系统.对该系统所采用的图像去噪、边缘检测、亚像素定位等算法进行了研究;首先,在纵向和横向导轨上分别安装高精度光栅尺,用光栅信号采集卡采集纵向和横向光栅信号,经计算机数据处理获取被测物体测量尺寸整数部分;在工件检测目镜和纵向和横向读数目镜的位置上分别安装工件检测CCD和纵向和横向读数CCD,经过图像处理测得尺寸小数部分;然后,将两部分尺寸输入到AutoCAD中自动绘图标注显示最终测量结果.实验结果表明:该系统具有较高的测量精度,基本满足实际测量中快速、高精度的要求.     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

13位Sin／D转换器IC—NQ及其应用

详细介绍德国IC—Haus公司生产的13位Sin／D转换器IC—NQ的性能特点、引脚功能、工作原理、数据输出接口、应用设置。结合光栅读数头和精密运算放大电路,通过对该器件的编程设定细分数．实现了光栅位移测量系统,并将其应用于粗糙度测量仪中。试验结果表明,该器件运行稳定,性能可靠,可有效提高光栅位移测量系统的位移分辨率,达到位移的0．1μm的细分,为设计高精度粗糙度仪提供参考。     

单光栅数字莫尔位移测量法

提出了一种使用单光栅测量位移的新方法,在该方法中,光栅信号经放大后由图像传感器阵列接收并被传送至计算机,然后通过与其镜像图像叠加的方式得到数字莫尔条纹,最后利用图像传感器像素的空间均匀性对莫尔条纹直接进行细分进而测得位移量。与传统的双光栅莫尔条纹位移测量法相比,该方法完全消除了光栅副层叠间隙,装调更为方便,而且细分成本更低。在阿贝比长仪上对由周期为20 m的光栅和2 0481 536像素的CMOS图像传感器构成的分辨率为0.04 m的测量系统进行测试,结果表明其最大位移误差优于0.18 m。     

莫尔条纹同向法测量透镜焦距

本文利用干涉条纹和Rochi光栅形成的莫尔条纹在离透镜2倍焦距方向不变的原理测量凸透镜焦距。该法精度高,操作极其简单。     

Laser-beam modulation using grating diffraction effects

An alternative system for producing an electro-optic grating modulator is discussed. A polarisation grating is used to overcome electric-field reduction occurring with closely spaced electro-optic grating electrodes.     

孔栅分束镜测量强激光远场光束质量的研究

论述了孔栅镜光束衰减和取样的原理及特点,用此法对高功率连续CO2激光器远场光强分布进行了检测,给出了光强空间分布。算出了光束的焦斑半径、远场发散角,并通过M2参数对光束质量作了评估。     

光纤激光频谱组束技术的研究进展

光纤激光频谱组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,介绍了光栅外腔频谱组束、MOPA结构频谱组束、PTR布拉格光栅频谱组束以及二维阵列的相干和谱组束等方案的基本原理和研究现状,比较分析了各种组束方案的优缺点,最后对频谱组束发展中存在的问题进行了探讨。     

基于ATmega16的数字光栅位移测量系统

光栅尺测量系统在当今测量系统中占有很大的比重,以其高精度、高稳定性广泛应用在精密仪器加工和数控机床上。目前市场上与光栅尺匹配的数显表很多,但是大部分体积偏大而且需要手动人工按键。利用单片机的外部时钟触发功能设计的测量系统,对光栅尺的位移信息进行采集和解析,从而实现对光栅尺的读数功能。首先介绍了系统所用的器件,在详细分析系统功能的基础上,进行了系统硬件设计和系统软件设计,并基于实际中存在的问题提出了解决方案。设计的光栅位移测量系统具有价格低廉、接口方便、工作稳定等优点,基本满足光栅尺的读数要求。     

圆光栅测角传感器在线自校准系统研制与实验

为了解决测角系统在实际应用中的在线校准问题,设计了一种圆光栅测角传感器在线自校准系统。基于圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与单读数头误差之间的关系,实现单读数头自校准。该自校准系统由读数头、玻璃圆光栅、单轴转台和多通道采集控制系统组成。实验结果表明,测角传感器自校准系统的单读数头测量精度为5.90,接近于借助外部参考标准的谐波补偿方法后的精度,系统测量重复性小于0.76。自校准测量系统可实现圆光栅测角传感器在线校准的同时,满足了精密测量领域对精度和可靠性的要求。     

新型三维位移场测试理论及系统研究

研究建立了可同时进行三维位移场测试的新型光测力学实验系统。平面位移测试基于云纹干涉方法．但采用与普通云纹干涉不同的光路系统，利用试件光栅和平面反射镜组形成的两次衍射，使平面位移干涉条纹倍增。测量灵敏度是普通云纹干涉的2倍。采用泰曼／格林干涉光路测量离面位移。整个系统具有构造新颖、便于调节、位移场条纹对比度高等特点。用波前干涉理论。建立了位移条纹方程式．与由多普勒频移原理建立的位移条纹方程式取得了一致的表达结果。通过微电子器件三维热变形的测量，对系统进行了验证。     

基于泰伯莫尔法的长焦距测量系统的装调技术

为了实现长焦距的精确测量,基于泰伯莫尔法测量长焦距的原理,构建出了由准直波前发生器、泰伯干涉仪和成像采集系统组成的长焦距测量装置。分析了准直波前畸变对焦距测量精度的影响,用数值分析的方法分析了待测样品到光栅G1 的距离s,光栅G1、G2 的间距d 以及栅线夹角对焦距测量精度的影响。提出了具体的装调方法:用五棱镜法检测波前,保证准直波前质量PV 值优于一个波长;用光栅尺位移传感器测量s,标定d,使其精度达到0.1mm;采用标准反射凹球面法标定光栅夹角,使光栅夹角的装调精度达到0.001。对焦距为5436mm 的透镜进行实验测量,误差小于0.35%。     

测量CCD传递函数的实验系统

介绍了一种新型的测量CCD传递函数的灵巧系统,该系统包括能产生动态变频正弦光栅图样的灵巧干涉仪系统,数据采集和转换系统,数字处理所必须的软硬件等。测量结果表明:干涉仪所产生的正弦光栅图样,可在0.2～80linepair/mm的空间频率范围内以误差小于1%的精度实现连续变频,且信号的调制对比度接近于1。将该干涉仪产生的正弦光栅图样用作测量CCD的调制传递函数的靶标,再采用我们专门研制的数据处理的软硬件,得到了令人满意的测量结果