高精度衍射光栅干涉仪的研制

提出了一种新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,配合正交信号的解相位细分原理,使得该系统可以达到纳米级分辨率.由于光栅干涉测量系统以光栅栅距作为测量基准,相对于传统干涉仪,光栅尺系统受环境因素造成的测量误差影响较小.通过实验校正,得到不同行程范围内光栅干涉测量系统的纳米级重复性误差,新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统适合于较长行程的高精度位移测量.     

基于软件误差修正的通用直线工作台的纳米级定位控制

提出了一种用于通用压电陶瓷线性马达(PLCM)驱动平台的纳米级定位数控方案,该平台上配有栅距20μm的线性光栅.传统的信号细分多数基于硬件电路,无法对纳米级误差进行灵活的调整.本项研究开发了基于Labview的数字控制系统,该系统具有失真波形的调整、1/4栅距脉冲计数、基于Lissajous圆环的波形细分、后传神经网络和PID控制以及平台的位置反馈控制等特征.介绍了定位控制的3个步骤,即用于长行程连续移动控制的AC模式,用于低速短行程的开关模式控制马达驱动,以及以压电激励方式使马达工作的DC模式,这些步骤能够实现几纳米的精确定位.在每种运动模式下采用了专门的信号处理技术.实验结果表明,此方法可以很容易地应用于线性平台,取得小于31 nm的定位精度,9 mm行程的标准误差小于30 nm.相比于原来移动台±1μm的重复性和±1μm/25 mm的精度,该数字控制系统能够将定位精度提高一个数量级.     

DVD激光读取头音圈马达寻迹静态特性研究

采用CCD的图像边缘检测方法测量DVD激光读取头音圈马达（VCM）寻迹的静态特性。通过系统的架设测量音圈马达驱动电压与音圈马达弹性臂影像在CCD中对应的位置，经过图像边缘检测软件处理，得到音圈马达寻迹单方向的驱动电压与对应位移的关系。实验结果表明，音圈马达寻迹单方向的线性范围大约为300μm，双方向运动为600μm，从实验曲线数据处理得到线性范围内存在的磁滞误差，并对磁滞误差进行了分析。     

基于ARM处理器的运动控制器的设计与实现

针对传统的运动控制器二次开发难、成本高、功能单一等缺点,设计了基于网络接口的运动控制器,该运动控制器集灯源、光栅尺计数和运动控制于一体,采用ARM+ FPGA的结构,FPGA对光栅尺信号进行处理及完成运动控制规划,ARM上运行Linux操作系统,实现对灯源的控制,负责与FPGA的总线通信以及与PC的网络通信.该控制器适合二次开发,且大大降低了成本.该运动控制器主要应用于影像测量系统中,实验已经证明该设计的可行性.     

微器件表面3D形貌的新型微/纳米探头测量系统

采用DVD光碟机的激光读取头,开发出微器件表面3D形貌的新型微/纳米测量系统。分析了激光读取头内部结构与运作原理,当反射面不在聚焦位置时,经四象限传感器探测聚焦误差信号(FES),驱动音圈马达以带动物镜重回聚焦位置,完成自动聚焦过程。并对音圈马达具有的磁滞现象加以研究,应用Preisach磁滞模型补偿磁滞误差,进而提高激光读取头在测量方面的精确度。结合HP激光干涉仪对测头不同测量范围的标准差与重复性进行校正测量,由校正的结果分析,此测头系统可实现微器件表面3D形貌的微/纳米测量。