提出了基于数字微镜器件(DMD)的双曝光头总体结构, 该结构可同时刻划母尺的周期和非周期两个光栅码道。单曝光头包含曝光光源、调焦光源、DMD和投影镜头四部分, 曝光光源由激光器、准直镜组、二维微透镜阵列和场镜组成。本文利用光学软件TracePro设计该光源, 实现了能量的平顶分布, 在14 mm×10 mm的照明面上均匀性达到95%以上。利用光学软件Zemax设计了工作在双波段(曝光光源0.403~0.407 μm和调焦光源0.525~0.535 μm)的共焦投影镜头, 采用了二向色镜和分光棱镜使其能在曝光的同时进行实时调焦, 优化后的系统在曝光波段和调焦波段均达到衍射极限, 最大畸变为0.009%。与传统的光栅尺刻划技术对比, 设计的曝光系统具有工艺简单、制作速度快、精度高等优势, 可用于长、超长计量光栅的制作。

光栅安装或应用过程中光栅传感器指示光栅、标尺光栅相互位置发生改变, 导致莫尔条纹发生畸变, 直接影响着测量精度和后续处理系统的复杂程度。本文采用傅里叶频谱分析方法, 建立包含指示光栅、标尺光栅位置姿态参数的光场输出模型, 给出了两栅不平行时输出光场的数学表达式, 对主要影响因子进行了较详细的分析, 并在 Matlab中进行了仿真, 给出了不同安装偏角下的莫尔条纹误差值及变化趋势, 讨论了接收传感器的结构尺寸对测量结果的影响, 得出了与莫尔条纹同尺度的接收系统有最小的测量误差, 其结果对光栅副的精度设计和结构设计有较好的指导性。

提出了一些新的基于数字处理技术的莫尔信号细分及辨向方法.单光栅副莫尔条纹采用差值细分方法;双光栅副莫尔条纹采用乘积细分法.将信号进行区间划来实现辨向.实验采用DSP器件内置的高速A/D模块实现数/模转换,利用DSP专用指令实现信号的滤波、细分和辨向.实验结果表明,单光栅副和多光栅副的细分精度分别为3"和0.3".

光电轴角编码器中的莫尔条纹信号质量决定了整个系统的细分精度.计量光栅信号质量综合评价系统由编码器、数据采集卡和相应的软件组成,采用一种以莫尔信号离散采集和数据处理为主的数字化检测方法,实现对莫尔条纹信号质量各项指标的评价,对提高测量精度以及光栅系统的设计具有一定意义.