清华光电精密仪器设计课件06标准器

单元设计仪器基准—标准器瞄准定位装置读数装置运动及支撑部件（精密机械零件）标准器1第四章标准器参考书：现代干涉测量技术，殷纯永，天津大学出版社光学计量仪器设计，王因明，机械工业出版社Opticalcomponents,system,andmeasurementtechniques,RajpalS.Sirohi,Dekker标准器2第四章标准器标准器：将被测量与标准量进行比较精度等级：标准器误差是仪器误差的1/3—1/5标准器的固定与调整常用的标准器：光波波长，标尺，度盘，计量光栅，光学编码器，精密螺纹，水准器等标准器3一长度基准：光波波长长度标准：要求稳定性和再现性同时达到精度要求稳定性：激光器在工作期间频率变化的相对值

f/f再现性：同一类型的激光器若干台直接辐射频率的差异，或同一激光器不同时期辐射频率的变化？作为基准的光波波长如何使用标准器4米定义：光在真空中1/299792458秒时间间隔内所经路径的长度推荐8种饱和吸收激光器的9种辐射值作长度标准复现方法：测量激光频率f，根据光速c，导出波长激光波长测量：迈克尔孙干涉仪，F-P干涉仪对同一光程差真空中，两个整数之间溯源：量块波长计量院国际比对标准器5用迈克尔孙干涉仪测量激光波长比现代干涉测量技术p.136甲烷稳定3.39

m，与碘稳定633nm真空腔用于调光路重合标准器6二标尺与度盘标尺分类：玻璃标尺，金属标尺标尺误差： 刻线误差：取决于刻线机，可修正，检定 温度变化误差：选择好的材料 重力变形误差：注意支点（2/9L）和端面形状标尺精度等级：一级（0.2+L(mm)/500）m

五级（3+L(mm)/100）m标准器71.刻划误差：实际刻线偏离理想位置的角度量度盘误差刻线机误差：切向0.5微米；度盘大，角度误差小2.偏心误差：安装误差对径读数：消除偏心误差 消除刻划误差中的奇次谐波分量标准器8偏心误差的消除：对径读数oa‘

e采用对径读数：标准器9度盘参数选择度盘直径：切向误差0.5微米；度盘大，角度误差小 与读数测微系统相适应

A：相联两分划线的视见宽度1—2毫米分划值：考虑最小读数值和测微器细分数刻线宽度：B为视见宽度，取决于瞄准方式，r为度盘刻划半径标准器10三计量光栅标准器11计量光栅的特点：莫尔条纹的形成：几何光学解释d=20-100m

衍射光学解释d<10m莫尔条纹原理：光栅对：主光栅+指示光栅求交点坐标莫尔条纹方程两个光栅的光栅坐标方程标准器12莫尔条纹的衍射光学解释标准器13莫尔条纹的几何光学解释：ij00

i1j2oojBy(xi,j,yi,j)

2标准器14横向莫尔条纹：

很小，莫尔条纹几乎垂直于y轴莫尔条纹间隔：=0，2=1cos

纵向莫尔条纹（光闸莫尔条纹）=0，B=莫尔条纹类型：位移放大BBy标准器15莫尔条纹特点运动对应：光栅移动一个栅距，莫尔条纹移动一个条纹 光栅改变移动方向，莫尔条纹改变移动方向位移放大作用：k=B/1/，如=20’，k=172平均光栅误差：标准器16莫尔条纹种类：长光栅莫尔条纹：横向 纵向

1

2,=0

1=2,=0光闸圆光栅莫尔条纹：径向光栅莫尔条纹切向光栅莫尔条纹标准器17光栅读数头几种典型的读数头：标准器18光栅读数头直读式分光式镜像式调相式标准器19光栅信号的光电计数：判向与细分要求：消除直流分量，判别方向标准器20光栅信号的光电计数：判向与细分用于栅距20—100微米

1

2，纵向

1=2，横向几种方法：p131四分透镜法，列阵光电元件，裂相指示光栅。标准器21光栅信号的光电计数：判向与细分用于栅距小于10微米，如8或4微米推导位相差与所测量的三个光强的关系I90,I210,I330,测出=120，求类似的方法也用于对干涉信号的处理，多步法见参考书3，pp.234-238标准器22光栅的零位系统与绝对位置测量零位光栅：由一组非等间隔，非等宽度的黑白线组成，输出尖三角脉冲，左右对称带有距离编码的参考标记标准器23光栅参数选择光栅栅距：位相光栅：0.004—0.1mm

黑白光栅：0.01—0.05mm

考虑仪器分划值和细分数光栅刻线宽度和长度：考虑莫尔条纹间隔或闪耀条件光栅基体尺寸：10：1—30：1两光栅间间隙：根据衍射效率和条纹反差， 同时避免擦伤标准器24光栅尺的技术参数标准器25光栅的误差光栅刻度质量：莫尔条纹减少短周期误差；误差修正；多读数头扫描质量：减小杂散光信号处理电子设备的质量扫描板沿标尺运动的偏差：安装防止应力和变形，有调整环节，减小阿贝误差：滑板与标尺同高，安装面与导轨平行标准器26计量光栅小结：光栅对的使用特点：莫尔条纹，双光栅衍射典型的光栅读数头组成与适用情况光栅信号的提取：判向与细分光栅用于绝对位置测量：零位光栅光栅参数选择与光栅误差标准器27四光学码盘标尺，度盘光栅，码盘二进制码盘标准器28二进制码与循环码二进制码：每个码道有对应的权

可能出现多个位数上的码同时变化的情况

如：01111—>10000循环码：代码从任何数转换到相邻数时， 代码各位中只有一位变化

循环码没有固定的权，不易阅读， 但和二进制码有转换关系每一码道的线条数（除最高位）比二进制码盘少一半如对应5道码盘，二进制最外圈32条，循环码16条标准器29基本参数：码道n：黑白相间，高位在内，低位在外。码容量M：M=2n分辨率：360

/M刻划周期（栅角）刻线宽度刻线长度最小内圈直径码道间隔标准器30增量式旋转编码器和绝对式旋转编码