介绍了以角锥棱镜为目标镜的杠杆式光学轮廓仪的测量方法.应用矢量坐标变换的方法理论推导了在大量程范围内测量位移与光程差的非线性关系,给出了解析解与数值解.通过理论数值解曲线图的分析,提出了采用二阶拟合的补偿方法,求出了补偿后理论误差结果.以微动工作台为位移发生器,在5.2m范围内,实验给出了轮廓仪的测量结果,并分别计算了测量结果的线性度误差与二阶拟合补偿后的误差.

提出以正交衍射光栅作为X-Y二维位移工作台计量标准器的思想,阐述了正交衍射光栅作为大量程二维位置检测传感器的工作原理及光路布置方法,推导了光栅运动位移与所产生干涉条纹的相移之间的关系.介绍了工作台粗、细两级定位系统的组成结构:粗定位部分由磁悬浮平面直线电机驱动,细定位部分采用弹性铰支结构并由压电陶瓷驱动;通过分别对电机和压电陶瓷驱动范围与定位精度的分析,提出对工作台精密快速定位的方法.设计了一套对电机与压电陶瓷进行驱动控制和光栅信号进行处理的电路,并结合实际正交衍射光栅的刻线精度,计算了工作台位置检测的有效分辨率.最后,分析了当前几种典型压电陶瓷驱动电路的特点,提出选用直流放大电源的方式作为本系统高压驱动方法,并给出了高压驱动电路图.

贴片机对准系统的精度标定是视觉定位的关键环节,直接影响贴片精度与贴片质量。为提高对准系统标定精度,提出了基于光栅的精度标定方法。将光栅图像灰度值之和形成一组周期固定的准正弦信号,通过像元平移把图像条纹灰度值变为李萨如图。对李萨如图及其数据进行分析与处理,直接计算出光学系统的分辨率,从而实现光学系统的精度标定。采用上述方法得到了与理论计算比较吻合的贴片机对准系统精度标定结果,并且利用标准大刻尺进行了标定验证实验。获取了标准大刻尺的图像,通过图像处理计算出刻线间的像素坐标差,将像素坐标差值与成像系统分辨率相乘计算出代表实测的刻线间距。对实验数据的误差分析表明,这种标定方法精度高,偏差＆lt;0.2μm,满足贴片机的对准精度要求。

提出以平面正交衍射光栅作为二维位移工作台计量标准器的方法,随工作台的移动,光栅能同时检测一个平面上两个方向的位移.阐述了正交衍射光栅作为位置检测元件的工作原理及其光路布置方法,二次衍射光线的两两迭加,形成两组干涉条纹信号,且这两组干涉条纹信号的相移与光栅两个正交方向的位移呈正比,通过光电转换和计数细分处理电路得到条纹信号的相移;检测光路布置在工作台下方,通过几组直角棱镜使干涉条纹信号进入光电探测器.实验分析了工作台的测量精度,有效分辨率提高到10nm.

应用线切割方法设计了光针轮廓仪伺服机构-音圈电机的结构,使其具有更好的静动态特性和焦点自动跟踪能力.通过改善传统的聚焦误差信号曲线,并利用数字伺服控制方法,在提高系统测量精度的同时,克服了传统对于陡坑或阶梯测量容易脱焦的问题.

利用数据采集技术对液压实验台进行改造，并用ＶＢ５．０开发实验指导性软件，实现对液压实验的动态监视、等功能。