光栅计量技术向纳米测量发展需要更高的光栅细分倍数。基于所研制的快速互补函数细分算法,细分精度即仅取决于测量启停时刻的光栅信号采样精度,选用市场上货源丰富的、低成本的扫描式多通道模数转换卡,即可实现光栅纳米测量所需的高倍数细分。在测量的启停时刻对光栅信号进行精确测量,在测量过程中对光栅信号进行快速跟踪测量。实验表明,当采用15位200 kHz的A/D转换卡对20μm栅距的光栅信号进行非同步采样时,可以得到小于1 nm的测量分辨率及大于120 mm/s的测量速度。

分析了滚轮法测量大轴直径时滚轮受压变形对测量结果的影响,提出了通过仿真标定,建立起力与变形之间的数学模型,再在测量中对滚轮受压变形进行实时修正的新方法,从而大大提高了滚轮法的测量精度.

主要介绍了用于六自由度微动工作台的柔性铰链即双向柔性铰链和万向柔性铰链的设计过程,根据微动台中柔性铰链的设计要求,分析了微动台运动时驱动力与铰链变形的关系,确定了满足驱动力条件的柔性铰链刚度范围,并结合柔性铰链强度条件、工作台动态特性以及柔性铰链转角刚度与结构尺寸的关系,进一步确定柔性铰链的刚度和结构尺寸,合理设计柔性铰链.另外,通过有限元分析软件分析了柔性铰链最大受力时的应力分布情况,对柔性铰链的强度进行了校核,进一步保证了柔性铰链设计的正确性.

为了消除附加力矩对纳米磁悬浮二维工作台平稳直线运动的影响,研究了工作台的磁力、重力及摩擦力等各种作用力。基于力平衡原理对纳米工作台进行了结构设计,得到了纳米电动机驱动力的作用方向和作用点坐标。在此基础上进行了工作台运动导轨直线度及重复性实验,结果表明,工作台的偏摆误差在5″以下,俯仰误差在15″以下,两种误差每毫米点的重复性均在1″左右,工作台运动平稳。

研究了一种新型的绝对长度测量光栅，讨论了其利用条形码结构确定位置以及利用增量式痕道进行细分的工作原理，分析了利用平行于测量方向的刻线进行动态误差修正的方法，给出了误差修正的数学模型。

文章在分析滚轮法大直径测量中滚轮打滑和滚轮变形对测量结果影响的基础上,介绍了一种新的滚轮法测量头结构.该测量头通过独特的防滑结构设计减小了测量时打滑现象的发生,并通过测力装置实时获得滚轮受压变形大小,以方便修正滚轮变形带来的测量误差,大大提高了滚轮法的测量精度.

以提高光学系统对测点正焦位置辨识精度为目标分析设计并行像散共焦系统。设计基于远心光路,采用20倍长工作距显微物镜作为系统物镜,采用2片正交对称配置的薄柱面镜组建像散镜组取代探测光路中的管镜,通过对像散镜组参数优化实现探测曲线过零点灵敏度的最大化,并利用像散原理的差动算法有效抑制了光学系统各种噪声和漂移对像散光场稳定性的影响,获得了高灵敏度、高稳定性、较好一致性的全场探测曲线。通过大量实验证明了优化像散镜组参数对提升探测曲线灵敏度的作用,证明了并行像散光场探测曲线有良好的稳定性,全场测点的正焦位置辨识精度能够达到50 nm。

基于菲涅尔衍射理论推导并行共聚焦系统的两种常用光路（显微与远心）的三维相干成像公式,发现两者在傍轴近似条件下并行探测能力没有明显区别,并且这一结果得到了实验证实。但是显微光路离轴探测光场在物面和图像面存在横向漂移,漂移随着离轴和离焦程度增加而增加,干扰了系统的轴向探测能力并且使正焦辨识过程复杂化,影响系统的测量效率;远心光路由于不存在探测光场的横向漂移,以及较好的结构可靠性使系统精度易于保证,应该成为构建并行共聚焦微结构探测系统的首选。

根据三坐标测量机的基本结构、工作原理和测量实验，阐述了三坐标测量机交互式虚拟实验室的实现方法，包括三坐标测量机的三维建模、场景编排以及测量过程的交互式设计等内容，为高校课堂教学和实验教学引入多媒体技术和网络技术提供了一种新的尝试。

分析了影响多光束并行共焦三维探测系统特性的各种因素,并与传统的扫描共焦显微术进行了对比分析,给出并行共焦系统横向和纵向分辨率的判定依据和测量范围指标,讨论改善系统性能指标的各项关键技术与途径.介绍了研制的多光束并行共焦检测实验系统的构成,并给出初步实验结果.