基于差动共焦的倾角测量传感器

1

作者 王廷煜 王之一 +4 位作者 杨永强 糜小涛 王建立 姚凯男 程雪 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1481-1489,共9页

为了解决传统激光差动共焦显微镜(LDCM)无法在测距的同时,进行高精度倾斜角度测量的问题,提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时,该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置,然后分析显... 为了解决传统激光差动共焦显微镜(LDCM)无法在测距的同时,进行高精度倾斜角度测量的问题,提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时,该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置,然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置,从而实现对倾角的精准测量。首先,建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型,对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后,在分析倾斜光斑特征的基础上,提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后,通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明,传感器对倾斜程度(0~8°)测量平均误差为0.011°,对倾斜方向(0~360°)的测量平均误差为0.128°,能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中,对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 非接触光学探针 差动共焦 三维检测 倾斜测量 峰值提取

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大型衍射光栅刻划机拉杆结构的分析与改进 被引量：5

2

作者 糜小涛 于宏柱 +4 位作者 于海利 姚雪峰 宋楠 冯树龙 齐向东 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期745-752,共8页

由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲... 由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型。在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差。最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量。测量结果显示：改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36nm降低到小于10nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10nm的精度指标要求。 展开更多

关键词 光栅刻划机 衍射光纤 双拉杆结构 单拉杆结构 石英导轨

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大型衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计 被引量：5

3

作者 糜小涛 于宏柱 +3 位作者 高键翔 于海利 张善文 齐向东 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期473-480,共8页

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫... 针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。 展开更多

关键词 微定位系统 控制器设计 数学模型 定位精度

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圆光栅偏心对仿真转台角位置精度的影响 被引量：8

4

作者 糜小涛 高胜英 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2014年第3期9-12,共4页

为了满足仿真转台角位置精度的指标要求,减小圆光栅安装偏心引起的角位置误差,本文提出了运用最小二乘拟合对该误差进行修正的方法。首先介绍了仿真转台的工作原理并给出了角位置精度的技术指标,然后理论分析了圆光栅安装偏心引起的测... 为了满足仿真转台角位置精度的指标要求,减小圆光栅安装偏心引起的角位置误差,本文提出了运用最小二乘拟合对该误差进行修正的方法。首先介绍了仿真转台的工作原理并给出了角位置精度的技术指标,然后理论分析了圆光栅安装偏心引起的测角误差与转角的规律,运用最小二乘拟合对测角误差进行修正。通过对比,修正后的测角误差明显小于修正前。结果表明,最小二乘拟合方法能够有效地修正圆光栅安装偏心带来较大的测角误差,使得角位置测量精度满足±4"指标要求。 展开更多

关键词 仿真转台 圆光栅 测角误差 误差修正

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仿真转台机械台体固有频率与系统频带的关系 被引量：2

5

作者 糜小涛 许宏光 +2 位作者 姚雪峰 宋楠 冯树龙 《长春工业大学学报》 CAS 2013年第2期207-210,共4页

研究了机械台体对转台频响特性的影响。首先要求出机械台体的固有频率,基于模态分析理论,建立了转台有限元模型,得出前五阶振型的固有频率和振型,论证了转台机械台体设计将直接影响频响指标。

关键词 仿真转台 机械台体 频响特性 模态分析

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大型衍射光栅刻划机刀架导轨设计 被引量：1

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作者 糜小涛 《长春工业大学学报》 CAS 2014年第1期42-45,共4页

根据衍射光栅刻划机刀架导轨的精度指标要求以及刻划机的整体结构,设计了刀架导轨并建立了三维模型。运用ANSYS软件进行了刀架导轨静力学分析,分析结果表明,设计的刻划机刀架导轨满足其精度指标要求。

关键词 衍射光栅刻划机 刀架导轨 静力学分析

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大光栅刻划机工作台的摆角矫正机构研制 被引量：4

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作者 杨超 于海利 +2 位作者 糜小涛 巴音贺希格 唐玉国 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1065-1071,共7页

大光栅刻划机若存在摆角误差,将直接影响刻划光栅的波前质量。首先,计算得到李特洛设置下的摆角误差与波前质量的映射关系。其次,论述了双压电触动器校正摆角的工作原理,并设计了摆角测量光路,测量在该结构下工作台的摆角校正能力。最... 大光栅刻划机若存在摆角误差,将直接影响刻划光栅的波前质量。首先,计算得到李特洛设置下的摆角误差与波前质量的映射关系。其次,论述了双压电触动器校正摆角的工作原理,并设计了摆角测量光路,测量在该结构下工作台的摆角校正能力。最后基于以上结构对工作台进行刻划实验。结果表明在具有400×500光栅刻划能力的刻划机上,采用双压电触动器校正工作台摆角误差,能够满足±5μm行程范围内±2″校正范围的要求;实验表明摆角误差校正后工作台的偏转角度由0.42″降低至0.02″,校正后的摆角误差相比于校正前降低了95.24%,满足对工作台摆角校正精度的要求,提高了光栅的波前质量。以上实验结果为刻划出高精度大面积光栅提供了基础保障。 展开更多

关键词 光栅刻划机 刻划光栅 摆角误差 压电触动器

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高精度双V型导轨的研磨与检测技术 被引量：2

8

作者 宋楠 姚雪峰 +1 位作者 冯树龙 糜小涛 《长春工业大学学报》 CAS 2013年第2期184-189,共6页

对于普通精度的双V型导轨,现代机床加工行业已有成熟的技术,但对于大型光栅刻划机所用1 560mm导轨所要求的高精度(0.2″)仍难以满足要求。文中介绍了一种高精度加工方案,对传统加工技术制造的成品双V型导轨进一步研磨加工,并对导轨的直... 对于普通精度的双V型导轨,现代机床加工行业已有成熟的技术,但对于大型光栅刻划机所用1 560mm导轨所要求的高精度(0.2″)仍难以满足要求。文中介绍了一种高精度加工方案,对传统加工技术制造的成品双V型导轨进一步研磨加工,并对导轨的直线度和平行度进行精密检测。实验结果表明,研磨加工后上下导轨配合的直线度误差在X和Y方向均不大于0.2″,两导轨垂直方向平行度误差与水平方向平行度误差均不大于1″,满足指标要求。 展开更多

关键词 双V型导轨 直线度 平行度 研磨

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光栅刻划机导向导轨支撑结构刚度优化设计

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作者 姚雪峰 糜小涛 宋楠 《长春工业大学学报》 CAS 2014年第5期495-499,共5页

运用有限元手段对刀桥导轨的刚度进行了有限元分析,得到了刚度方面的分析结果和模态分析结果,并在不同位置加40N载荷进行实验验证。在此基础上,对原有的结构进行一体式结构优化设计。有限元分析结果表明,刀桥底座刚度有了大幅度的提高,... 运用有限元手段对刀桥导轨的刚度进行了有限元分析,得到了刚度方面的分析结果和模态分析结果,并在不同位置加40N载荷进行实验验证。在此基础上,对原有的结构进行一体式结构优化设计。有限元分析结果表明,刀桥底座刚度有了大幅度的提高,一阶频率由原来的690.26Hz提高到998.73Hz,一阶振型的方向也从直接影响刻划的水平方向变为对刻划不敏感的垂直方向。 展开更多

关键词 光栅刻划机 刚度 有限元分析 模态

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大尺寸反射式光栅拼接技术的研究进展 被引量：4

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作者 杨国军 齐向东 +4 位作者 于海利 李晓天 张善文 糜小涛 于宏柱 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期542-551,共10页

大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展,大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制,拼接法以其难度系数低、制作... 大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展,大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制,拼接法以其难度系数低、制作成本低和待拼接的小光栅易制作、质量高等优点成为了制作大尺寸反射式光栅的主要方法。本文介绍了大尺寸反射式光栅拼接技术的基本原理,详细综述了光栅拼接技术的研究进展,包括光栅拼接误差检测理论、光栅拼接误差分离、拼接光栅波前相位校正、光栅拼接误差维数的削减和光栅拼接装置,最后总结了光栅拼接技术的优缺点并指出了其未来的发展方向。 展开更多

关键词 光栅拼接 误差检测 误差分离 相位校正 拼接装置

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仿真转台用电液伺服系统低速性研究及实现 被引量：5

11

作者 曲展龙 糜小涛 许宏光 《液压与气动》 北大核心 2013年第9期51-53,共3页

详细讨论了仿真转台用液压伺服系统低速性的影响因素,以及其实现的可能性。通过实验研究验证了该液压伺服系统具有良好的低速性,满足系统设计时的指标要求。

关键词 仿真转台 电液伺服系统 低速性

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光栅复制拼接光路中入射光角度对拼接误差的影响 被引量：1

12

作者 丛敏 齐向东 +3 位作者 糜小涛 于海利 李晓天 卢禹先 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3027-3033,共7页

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接... 设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求,设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500mm×500mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。结果显示:入射光角度误差为1°,拼接光路中绕x轴,y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1μrad,0.003 3μrad和0.348 2nm时,引起波前差为2.590 1nm。根据这一计算结果,给出了干涉仪角度调节装置的设计指标,即设置角度调节分度为0.1°时,可满足大尺寸光栅复制拼接要求。 展开更多

关键词 光栅拼接 光栅复制 拼接误差 误差分析

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大尺寸天文光栅铝膜均匀性研究 被引量：1

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作者 周敬萱 糜小涛 +2 位作者 张善文 齐向东 付新华 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2019年第1期49-53,共5页

天文观测所使用的光栅为大尺寸中阶梯光栅,其制作方法是利用金刚石刻刀对铝膜进行加工,形成光栅槽形,所以铝膜的质量能够直接影响光栅的性能。铝膜的厚度均匀性是判断铝膜质量的重要指标,以现有的内径1.8米镀膜设备为例,对铝膜的厚度均... 天文观测所使用的光栅为大尺寸中阶梯光栅,其制作方法是利用金刚石刻刀对铝膜进行加工,形成光栅槽形,所以铝膜的质量能够直接影响光栅的性能。铝膜的厚度均匀性是判断铝膜质量的重要指标,以现有的内径1.8米镀膜设备为例,对铝膜的厚度均匀性做理论分析和实验研究,得出了电子束制备铝膜的蒸气发射特性n为4.5,并确定了最佳的真空室布局:蒸发源位置l=500mm,工件架高度h=900mm。在直径680mm的镀膜面积范围内,铝膜的厚度均匀性可以达到±1%,满足大尺寸天文光栅研制对铝膜厚度均匀性的要求。 展开更多

关键词 天文光栅 蒸气发射特性 铝膜厚度均匀性

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光栅刻划机阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响及其校正方法 被引量：3

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作者 糜小涛 于海利 +3 位作者 于宏柱 齐向东 李晓天 万秋华 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期142-150,共9页

衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一,光栅刻划机若存在阿贝误差,将直接影响刻线位置精度,从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型,并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一... 衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一,光栅刻划机若存在阿贝误差,将直接影响刻线位置精度,从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型,并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的阿贝误差测量光路,测量了刻划机的阿贝误差,根据物理模型对其导致的光栅衍射波前误差作了仿真分析,并提出了基于双层工作台结构的误差控制校正方法。对两块尺寸为80mm×100mm、刻线密度为79groove/mm的中阶梯光栅进行了阿贝误差校正前后的对比刻划实验。结果表明,通过对阿贝误差的测量和校正,光栅闪耀级次为-36级的衍射波前误差由0.529λ降低至0.159λ(λ=632.8nm),有效地降低了阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响。 展开更多

关键词 衍射光栅 阿贝误差 衍射波前 刻线位置误差 刻划机

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基于波前法的光栅拼接误差检测及计算方法 被引量：7

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作者 卢禹先 齐向东 +4 位作者 糜小涛 姜珊 于海利 李晓天 尹禄 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期14-23,共10页

光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一,而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差,能够实现对拼接误差的自动闭环调整,通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅... 光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一,而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差,能够实现对拼接误差的自动闭环调整,通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型,分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理,用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取,分析并计算了拼接误差波前,得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性,实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性,为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。 展开更多

关键词 衍射 光栅拼接 干涉仪 衍射波前 拼接误差

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