三光轴集成式单频激光干涉测量关键技术研究

发布时间：2017-11-04 16:29

  本文关键词：三光轴集成式单频激光干涉测量关键技术研究

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【摘要】：精密和超精密机械制造加工、微电子装备、纳米技术工业装备等技术领域的不断发展,提出了对线位移和角位移的同步高精度测量的要求。单频激光干涉在实现高精度、高分辨率的测量要求的情况下,由于其系统结构相对易于集成、信号处理相对简单等优势而被广泛应用于纳米测量系统中。本课题“三光轴集成式单频激光干涉测量关键技术研究”主要针对超精密量级的线位移、角位移同步测量的关键技术进行研究,包括系统光机结构设计和基于光开关的非线性误差校正方法,课题的主要研究工作与结论如下:针对线位移与角位移同步测量的问题,提出了一种三光轴单频激光干涉测量实现方法,基于琼斯矩阵对现有光路设计进行理论分析,并在单频激光干涉测量线位移原理的基础上,给出三光轴测量系统角位移基本测量原理。首先要分析三光轴激光干涉测量时对激光分光空间特性的需求以及其对测量结果的影响,包括激光分光平行性的分析与仿真、光束调节机构的设计和理论分析、以及激光分光平行性和偏振态的检测;最终完成集成式系统光机结构设计,包括三轴分光机构的设计与分析以及集成式测量系统的光机结构设计。针对传统非线性误差校正要求线位移一般大于半波长才能实现椭圆拟合建立校正模型的问题,研究一种新的校正方法,即通过在参考臂和测量臂加入光开关结构,不要求测量过程中至少产生半个波长的线位移才能校正,只需要在单次测量初始开机并通过控制光开关得到初始状态的各路直流偏置信号,在后期测量时结合初始采集的信号来实现非线性误差的校正,基本实现消除直流偏置误差和不等幅误差,并对非正交误差进行校正,建立非线性误差校正模型,从而实现角位移、线位移的精密测量。最后,在课题综合分析以及关键技术的研究基础上,设计并研制三光轴集成式单频激光干涉测量系统,并对线位移、俯仰角位移以及偏摆角位移这三个关键指标进行实验,给出相应分辨力及测量范围。实验结果表明,本课题研制的三光轴集成式单频激光干涉测量系统,其线位移测量分辨力可以达到3nm,距离200mm处线位移测量范围为可以达到至少60mm;俯仰角分辨力为0.01″,距离100mm处测量范围为±51.8″;偏摆角分辨力为0.01″,距离100mm处测量范围为±86.4″。若三束激光的平行性调节的更好,在更加稳定合格的测试环境下,其分辨力和测量范围都会相应显著提高。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.3

【共引文献】

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1 夏瑞雪;陈晓怀;卢荣胜;俞庆平;;新型纳米三坐标测量机误差检定方法的研究[J];电子测量与仪器学报;2010年03期

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1 夏瑞雪;影像在位测量关键技术研究[D];合肥工业大学;2012年

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本文编号：1140218