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漂移量靶标反馈激光自准直系统关键技术

【摘要】:随着超精密加工、微电子、微光学、微机械集成制造和空间探测等技术的迅速发展,对超精密工作台的小角度测量精度和稳定性提出了更高的要求。传统的激光CCD自准直仪只能满足一般精度的角度测量问题,对于超精密工作台的小角度测量,则由于激光光束角漂移量的影响,使得测量精度难以提高。因此,开发和研制一种高精度高稳定性的超精密激光自准直测量系统迫在眉睫。 课题“漂移量靶标反馈激光自准直系统关键技术”,目的就是探讨研究一种高稳定性的超精密激光自准直小角度测量方法,所涉及到的理论、方法以及若干关键技术,具体如下: 从漂移量产生的机理入手,分析了各种漂移之间的内在联系以及对自准直测量的影响。在此基础上,提出了一种基于闭环反馈控制思想的激光CCD自准直小角度测量方法。利用分光式靶标探测器实现激光束角漂移量的实时分离,结合闭环反馈控制技术可实现高稳定性高精度小角度测量。 对构成系统的自准直光学测量系统、分光式靶标探测器、角漂移量监测装置以及微转角工作台闭环控制系统等组成部分的特性进行了研究。研制了基于四象限光电探测器的光电检测电路,用于光束角漂移的实时监测;设计的柔性铰链微转角工作台,实现了压电陶瓷驱动器线位移向柔性铰链角位移的转换;通过完成系统辨识及参数整定获取增量式PID控制算法的控制参数,并且在Visual C++环境下完成包括光电信号采集及处理程序、压电陶瓷驱动程序、PID控制算法子程序等的系统软件开发。 论文最后,对系统的各个主要组成部分进行了性能测试和实验研究,测试和分析了压电陶瓷驱动电源的静态稳定性,电压分辨率以及输出线性特性;测试和分析了柔性微转角工作台的迟滞和非线性。用双频激光干涉仪对测量系统的测量稳定性以及测量精度分别进行了比对实验。论文结尾,对自准直系统的测量不确定度进行了简要分析。 实验结果表明,系统的稳定性由控制前的0.23″提高到0.14″,测量精度由控制前的0.24″提高到0.16″。充分验证了其正确性和有效性。

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