基于法拉第效應(yīng)的角度誤差補(bǔ)償式精密位移測量方法研究.pdf

1、激光外差干涉測量系統(tǒng)基于高信噪比、高分辨率、可溯源性等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于各個精密測量領(lǐng)域，因而提高激光外差干涉的位移測量精度具有重要意義。本論文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于法拉第效應(yīng)的激光多自由度精密運(yùn)動參數(shù)測量方法研究”(No:51605445)?；诜ɡ谛?yīng)的角度誤差分析及其補(bǔ)償方法展開相關(guān)研究，旨在設(shè)計(jì)一套角度誤差補(bǔ)償式精密位移測量系統(tǒng)，減小甚至消除角度誤差對位移測量的影響，從而提高位移測量精度，并實(shí)現(xiàn)三自由度參數(shù)同時測量。<

2、br>　　本論文在國內(nèi)外研究的激光外差干涉位移測量方法及其補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，提出了基于法拉第效應(yīng)的角度誤差補(bǔ)償式精密位移測量方法。以法拉第效應(yīng)的線偏振光原路逆返光路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了角度誤差補(bǔ)償式精密位移測量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)。通過分析被測對象的角度誤差對位移測量的影響，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并得到了結(jié)合角度誤差補(bǔ)償?shù)奈灰茰y量表達(dá)式。分析了角度誤差與位移測量之間的耦合問題，討論了影響角度測量范圍的系統(tǒng)參數(shù)，并分析及評定了系統(tǒng)的不確定度。設(shè)計(jì)了測

3、量系統(tǒng)的信號處理方案，包括激光外差干涉信號處理方案、光束位置探測信號處理及上位機(jī)軟件。
　　為驗(yàn)證本論文優(yōu)化的激光外差干涉信號處理方法的可行性，研制了一塊基于FPGA的信號處理板，并分別進(jìn)行大數(shù)相位測量計(jì)數(shù)和大小數(shù)結(jié)合的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證本論文提出的基于法拉第效應(yīng)的角度誤差補(bǔ)償式精密位移測量方法的可行性及有效性，進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)如下:(1)角度對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了測量系統(tǒng)的角度分辨率能夠達(dá)到0.0001°，同時提出的ADU模塊能

4、夠應(yīng)用于位移測量中的角度誤差檢測。(2)角度誤差補(bǔ)償式位移測量方法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。角度誤差補(bǔ)償式位移測量方法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。以轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度來模擬測量鏡的角度誤差，當(dāng)角度誤差值達(dá)到0.12°時，補(bǔ)償前的位移值嚴(yán)重偏離了初始值，其最大偏差達(dá)到6.268μm。基于本論文提出的補(bǔ)償方法對位移值進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后的位移值最大偏差為11.8nm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.7nm，結(jié)果表明該方法具有顯著的補(bǔ)償效果。(3)角度誤差補(bǔ)償式位移測量方法應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。線性工作臺XML35