1 中国计量科学研究院 几何量计量科学研究所，北京 100029
2 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150080
3 上海市在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
激光跟踪干涉系统的测量精度是工业机器人标定精度的主要影响因素，其基点标定精度决定了激光跟踪干涉系统的测量精度。为了确定基点与激光跟踪干涉系统的准确距离，提出了一种激光跟踪干涉系统基点的直线约束标定方法。建立了基于直线约束的数学标定模型，使各标定约束点分布在同一直线上，可直接应用干涉测量方法获取约束点的精确坐标，使用最小二乘法进行数值解析确定基点距离，该方法具有原理简单、误差源少、测量精度高的特性。针对影响标定精度的各项参数进行了数值仿真分析，优化标定参数，减小标定误差；最终搭建了实验装置评估该标定方法的性能，实验结果表明，激光跟踪干涉系统的基点距离平均值为290.076 4 mm，标准差为4.4 μm，满足对工业机器人标定的精度需求；为验证该方法的准确性，对API radian激光跟踪仪的基点距离进行比对测试，与其标称值相差3 μm。
激光跟踪干涉系统 基点距离标定 直线约束 最小二乘法 laser tracking interferometer system nase point calibration linear constraint least square method 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230288
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 苏州慧利仪器有限责任公司, 江苏 苏州 215123
3 中国计量科学研究院, 北京 100029
相移干涉技术由于其测量精度高的特点被广泛应用于波面检测干涉仪中。相移误差为测量过程中主要误差来源。基于一种自调谐相移干涉算法, 研究在标定误差和随机相移误差下, 算法的波前相位还原精度。对于标定误差, 算法能精确地求解出实际相移步长, 从而极大地提高了相位还原精度。与经典五步Hariharan算法对比, 仿真结果表明, 该算法的相位还原PV(峰谷)、RMS(均方根)误差响应更低, 其PV误差响应远低于10-3λ(λ为光源中心波长),而Hariharan算法在10-3λ量级。基于自调谐算法在标定误差时的相位求解过程, 扩展该算法以更适用于随机相移误差。在相同20%随机相移误差范围内, 与Hariharan算法计算结果偏差的绝对值接近10-9λ, 能达到较高还原精度。将该自调谐算法运用在干涉仪测量光学元件表面形貌实验中, 实验结果表明, 与Hariharan算法相比, 自调谐算法在仅存在标定误差时, 能较明显地抑制纹波误差, 两者计算面形PV存在偏差。在较小振动环境下, 两种算法计算得到的相位面形分布高度一致。
光学测量 自调谐相移算法 相移误差 误差响应 optical measurement Self-tuning phase-shifting algorithm phase shift error error response
1 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150080
2 超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室（哈尔滨工业大学），黑龙江 哈尔滨 150080
3 中国计量科学研究院，北京 100029
为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量，建立了非球面测量轨迹的数学模型，提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构，有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响；测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动；设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块，实时跟踪扫描运动机构的位置信息，提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度，试验结果表明，测量误差小于0.2 μm，重复性精度为70 nm，测量精度达到亚微米级。
面形检测 非球面 非接触测量 干涉测头 surface inspection aspheric non-contact measurement interferometric probe 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220500
光子学报
2022, 51(11): 1112003
针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求，研究了一种将“大数”和“小数”相结合，准确测量圆锥量规锥度的方法。介绍了锥度测量系统的基本原理及组成，给出了实验测量结果，分析了测量系统的不确定度。该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10″的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性，采用激光偏振干涉装置及精密回转工作台组成小角度测量系统保证测量“小数”部分的精度，而双光束白光干涉系统实现了测量位置的精确定位。实验和分析结果表明，该方法在不确定度置信因子k为2时，锥度测量系统的扩展不确定度约为024″，优于0.3″，可实现圆锥量规任意锥度的高精度测量。
光学干涉法 圆锥量规 锥度测量 optical interference method taper gauge taper measurement 光学 精密工程
2011, 19(11): 2551
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 中国计量科学研究院,北京 100013
针对标准单晶硅球直径精密测量的需要,本文在介绍标准硅球直径测量系统原理并分析其光路特点的基础上,根据建立的数学模型,对激光束斜入射标准板时产生的椭圆干涉图像进行了分析,并对不同入射角度时干涉环中心点带来的直径测量误差进行了研究。分析结果显示,在给定的实验条件下,当入射角为10-3 rad 时,误差已达6.6 nm。提出了一种精确调整光束垂直入射平板的方法,实验结果表明,此方法能够使光束入射角的调整优于10-5 rad,满足系统测量的要求。
光学测量 直径测量 干涉环 椭圆度 激光光束对准 optical measurement diameter measurement interference ring ellipticity laser beam alignment
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 中国计量科学研究院, 北京 100013
针对高精度硅球直径测量系统的特点, 分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉, 以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉, 对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟。对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究, 给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm, z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%。
光学测量 硅球直径测量 高斯光束 多光束干涉
