一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置制造方法及圖紙

一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置，包括非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元、絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路（１５）、光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路（１６）和設(shè)有光程差－位移查找表的數(shù)據(jù)處理裝置（１７）； 非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元包括特性相同的二個(gè)光電二極管（１２），光電二極管（１２）關(guān)于杠桿（１１）對(duì)稱(chēng)放置，狹縫（１３）及光源（１４）在杠桿（１１）處于水平時(shí)與杠桿在同一平面內(nèi)，且關(guān)于杠桿對(duì)稱(chēng)； 光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路（１６）的一端與干涉測(cè)量單元中的光電接收器（７）相連，另一端與數(shù)據(jù)處理裝置（１７）相連； 絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路（１５）的一端與非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元中的光電二極管（１２）相連，另一端與上述數(shù)據(jù)處理裝置（１７）相連。（*該技術(shù)在2013年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
?一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置
本技術(shù)屬于光學(xué)測(cè)量
，具體涉及一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置，該裝置通過(guò)對(duì)精密幾何量(位移、角度)測(cè)量中采用的如附圖1所示的干涉單元的非線(xiàn)性系統(tǒng)理論誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可以將測(cè)量精度從原有的2％提高到0.1％。
技術(shù)介紹
附圖1所示的以角錐棱鏡為核心器件的干涉測(cè)量單元，因其在很寬的范圍內(nèi)都能產(chǎn)生干涉條紋([1]干涉測(cè)試技術(shù)，王文生，兵器工業(yè)出版社，1992，4。[2]激光測(cè)量技術(shù)，孫長(zhǎng)庫(kù)，葉聲華編著，天津大學(xué)出版社，2001，7。)而被廣泛應(yīng)用于精密幾何量(位移、角度)測(cè)量?jī)x器中([3]英國(guó)Taylor?Hobson公司，Talysurf2，Talysurf5型表面輪廓儀。[4]美國(guó)Brown-Boveri公司激光干涉儀。)。傳統(tǒng)的應(yīng)用方法為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，在±5°的工作范圍內(nèi)都是將觸針的相對(duì)位移Δy近似為光程差ΔS的線(xiàn)性函數(shù)，然而Δy與ΔS的函數(shù)關(guān)系在本質(zhì)上是非線(xiàn)性的，作線(xiàn)性近似處理必然會(huì)帶來(lái)非線(xiàn)性誤差。正是這種非線(xiàn)性誤差的存在，使得其測(cè)量精度與應(yīng)用范圍受到了很大的限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置，該裝置可以大幅度地提高現(xiàn)有的干涉測(cè)量單元的測(cè)量精度，拓寬其應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置，包括非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元、絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路、光程差細(xì)分判-->向計(jì)數(shù)電路和設(shè)有光程差—位移查找表的數(shù)據(jù)處理裝置；非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元包括特性相同的二個(gè)光電二極管，光電二極管關(guān)于杠桿對(duì)稱(chēng)放置，狹縫及光源在杠桿處于水平時(shí)與杠桿在同一平面內(nèi)，且關(guān)于杠桿對(duì)稱(chēng)；光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路的一端與干涉測(cè)量單元中的光電接收器相連，另一端與數(shù)據(jù)處理裝置相連；絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路的一端與非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元中的光電二極管相連，另一端與上述數(shù)據(jù)處理裝置相連。本技術(shù)采用了絕對(duì)零位與查找表相結(jié)合的技術(shù)，完成了對(duì)該種系統(tǒng)非線(xiàn)性誤差的補(bǔ)償。同采用多項(xiàng)式擬合的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償方法相比，本裝置具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不影響原有系統(tǒng)測(cè)量速度的優(yōu)點(diǎn)。采用該裝置后可使系統(tǒng)的精度從原有的2％提高到0.1％，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，以極低的成本實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)精度的大幅度提升，并由此進(jìn)一步擴(kuò)大了該結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)用領(lǐng)域。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)所補(bǔ)償?shù)母缮鏈y(cè)量單元結(jié)構(gòu)示意圖(圖中：1.觸針2.參考鏡?3.λ/4波片?4.分光鏡?5.直角棱鏡?6.激光光源?7.光電接收器?8.反射鏡?9.角錐棱鏡?10.支點(diǎn)?11.杠桿)；圖2為推導(dǎo)關(guān)系公式時(shí)用到的結(jié)構(gòu)單元簡(jiǎn)化圖；圖3為本技術(shù)所采用的補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。各個(gè)結(jié)構(gòu)單元的尺寸采用附圖2所示的符號(hào)表示時(shí)，則可以得出光程差及位移與杠桿與水平方向的夾角θ之間的函數(shù)關(guān)系以及兩者之間的關(guān)系為：dSdθ=-2[(-(l2+63a)sin(θ)+13acos(θ)tan(θ)+(l2+63a)cos(θ)+13asin(θ))1cos2(θ)]-23asin(θ)3cos2(θ)------(1)]]>-->dYdθ=-l1cos(θ)---(2)]]>ΔSΔy=2[(-(l2+63a)sin2(θ)cos(θ)+13asin(θ)+(l2+63a)1cos(θ)]+43asin(θ)3cos2(θ)l1cos(θ)------------(3)]]>如附圖3所示，在杠桿11的一端上下對(duì)稱(chēng)的布置兩個(gè)特性一致的光電二極管，以一個(gè)均勻的光源通過(guò)一個(gè)方向水平的狹縫對(duì)其進(jìn)行照明，兩個(gè)光電二極管的光強(qiáng)信號(hào)送入后續(xù)的由通用放大電路和查分電路構(gòu)成的絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路，將該電路的輸出作為系統(tǒng)的絕對(duì)零位信號(hào)。顯然，只有當(dāng)杠桿11處于水平位置時(shí)，絕對(duì)零位信號(hào)的值為0。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸給定后，我們令θ以很小的間隔從0°開(kāi)始向正、負(fù)兩個(gè)方向變化，利用(1)式和(2)式分別求出從絕對(duì)零位開(kāi)始到當(dāng)前位置的Δy與ΔS的值，將對(duì)應(yīng)的值對(duì)存入光程差—位移查找表。在測(cè)量時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的光程差ΔS，可以從表中查得對(duì)應(yīng)的Δy值，從而完成了系統(tǒng)的非線(xiàn)性校正。本技術(shù)包括非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元、絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路15、光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路16和裝有光程差—位移查找表的數(shù)據(jù)處理裝置17。非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元如附圖3所示，二個(gè)光電二極管12的特性要非常一致，兩個(gè)光電二極管關(guān)于杠桿11對(duì)稱(chēng)放置，狹縫13及光源14在杠桿11處于水平時(shí)與杠桿在同一平面內(nèi)，且關(guān)于杠桿對(duì)稱(chēng)，固連于結(jié)構(gòu)單元的外殼，結(jié)構(gòu)單元的光學(xué)元件如附圖3所示進(jìn)行布置。如附圖4所示，干涉測(cè)量單元產(chǎn)生的干涉條紋被后續(xù)的光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路接收后送往數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置可以是計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和專(zhuān)用芯片等，它根據(jù)內(nèi)部的光程差——位移查找表得出當(dāng)前位置相對(duì)絕對(duì)零位的位移。干涉測(cè)量單元中的部分結(jié)構(gòu)(杠桿、外殼)和非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元一起產(chǎn)生反映絕對(duì)零位信號(hào)的光強(qiáng)信號(hào)，經(jīng)后續(xù)的絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路處理后，送入數(shù)據(jù)處理裝置，系統(tǒng)根據(jù)此信號(hào)判斷當(dāng)前是否處于絕對(duì)零位狀態(tài)。測(cè)量時(shí)，首先通過(guò)驅(qū)動(dòng)沿Z方向運(yùn)動(dòng)的位移機(jī)構(gòu)，使得被測(cè)物與觸針1-->接觸且補(bǔ)償單元產(chǎn)生的絕對(duì)零位信號(hào)為0值。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，通過(guò)光電接收器7及其后續(xù)的光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路得出當(dāng)前位置相對(duì)絕對(duì)零位的光程差ΔS，再通過(guò)查找表求出當(dāng)前的相對(duì)高度變化Δy，從而完成系統(tǒng)的測(cè)量工作。????本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于干涉測(cè)量單元的非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償裝置，包括非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元、絕對(duì)零位信號(hào)產(chǎn)生電路(15)、光程差細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路(16)和設(shè)有光程差—位移查找表的數(shù)據(jù)處理裝置(17)；非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償單元包括特性相同的二個(gè)光電二極管(12)，光電二極管(12)關(guān)于杠桿(11)對(duì)稱(chēng)放置，狹縫(13)及光源...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭軍，謝鐵邦，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類(lèi)型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：