【摘要】：隨著超精密加工技術(shù)、精密工作臺性能檢測、微電子技術(shù)與生物醫(yī)學工程等技術(shù)的迅速發(fā)展,對精密平臺的三自由度檢測技術(shù)及儀器提出了更高的要求,既要求實現(xiàn)三自由度的同時測量又要求達到納米級的測量精度。本文依托GF技術(shù)基礎(chǔ)項目,設計了一種基于法拉第效應的激光外差干涉三自由度測量方法,并對測量方法的各項關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,通過搭建完整的測量系統(tǒng),最終實現(xiàn)了大范圍、高精度的三自由度同時測量。論文介紹了國內(nèi)外位移角度同時測量的研究現(xiàn)狀,提出了一種基于法拉第效應的激光外差干涉三自由度(X-Y-θ)測量方法,分析了基于法拉第效應的激光外差干涉三自由度測量的原理,介紹了基于法拉第效應的線偏振光逆反方法,建立了三自由度同時測量的數(shù)學模型,設計了三自由度測量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu);介紹了激光外差信號信號處理系統(tǒng),運用VisualBasic設計了上位機的系統(tǒng)控制軟件;分析了三自由度(X-Y-θ)測量的非線性誤差和組合反射鏡以及干涉模塊運動狀態(tài)對光程的影響,綜合評估了該系統(tǒng)的測量不確定度。為驗證本文所構(gòu)建的基于法拉第效應的激光外差干涉三自由度測量系統(tǒng)的可行性與有效性,搭建了實驗裝置,分別進行了以下實驗:(1)系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗,保持平臺靜止,每隔5秒記錄100個實驗結(jié)果,結(jié)果顯示位移測量穩(wěn)定優(yōu)于6nm。(2)位移和角度比對實驗,精密平臺分別200mm范圍內(nèi)進行10mm步進運動,1mm范圍內(nèi)進行50μm步進運動,15μm范圍內(nèi)在進行100nm步進運動,位移測量結(jié)果與Renishaw干涉儀測量結(jié)果相比較,位移誤差最大值和誤差標準偏差分別為52.6nm和22.3nm、17.1nm和6.4nm、6.9nm和1.5nm。精密平臺分別在1°范圍內(nèi)進行0.01°步進運動,10°范圍內(nèi)進行0.1°步進運動,20°范圍內(nèi)進行0.1°步進運動,角度測量結(jié)果與Renishaw干涉儀測量結(jié)果相比較,角度誤差最大值和誤差標準偏差分別為0.27″和0.05″、10.97″和3.1″、10.97″和3.1″。(3)三自由度(X-Y-θ)同時測量實驗,分別進行了被測精密平臺1mm、1μm和100nm步進的三自由度同時測量實驗,X方向位移測量結(jié)果與線性位移工作臺位移值相比較,位移誤差平均值與標準偏差分別為0.008μm和0.04μm、0.0026μm和0.01μm、0.002nm和0.013nm。由Y方向位移測量結(jié)果算得線性位移工作臺的直線度分別為0.1μm、0.22μm和14.64nm,在線性位移工作臺的直線度誤差±1μm之內(nèi)。偏擺角θ測量結(jié)果的最大值分別為80.90μrad、-2.11μrad和-0.67μrad,在線性位移工作臺的偏擺角誤差100μrad(±50μrad)之內(nèi)。實驗表明所研制的基于法拉第效應的激光外差干涉三自由度測量系統(tǒng)可實現(xiàn)三自由度(X-Y-θ)的大范圍、高精度測量。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH744.3

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本文編號：2709642