干涉条纹相位锁定系统

干涉曝光系统中干涉条纹的相位漂移会导致曝光对比度降低,为了有效抑制相位漂移,利用声光调制器对干涉光频率进行实时调制。分析了条纹漂移的特点,指出了主要干扰源是0~5 Hz的空气扰动。应用数值分析法得到了条纹漂移量与曝光对比度的关系曲线,并以此为依据提出了条纹锁定精度的目标值。针对所要达到的锁定精度,给出了系统硬件的选型方法,搭建了基于RTX的干涉条纹相位锁定系统。利用闭环辨识的方法得到了系统的参数模型,完成了反馈控制器的设计,最终实现了实时锁定条纹相位的功能。实验结果表明,在400Hz的控制频率下,干涉锁定系统能够有效抑制0~5Hz的低频扰动,干涉条纹相位漂移的3σ值可以控制在±0.04个条纹周期内,满足干涉光刻的曝光对比度要求。     

移频式全息光栅曝光干涉条纹锁定系统的设计

建立了移频式全息光栅曝光干涉条纹锁定系统以提高全息光栅槽型对比度并降低由外部环境造成的曝光干涉条纹相位移动。根据系统的组成原理,分析了相位测量系统中莫尔条纹的产生条件及其与干涉条纹相位变化的关系,给出了探测器的选择方法。根据系统精度要求计算了A/D转换位数,自行设计了数字控制系统。提出采用光束移频方法来调整条纹相位,应用声光调制器对干涉条纹移动进行实时校正。实验结果表明,该系统采样频率可以达到5kHz,对干涉条纹漂移和10Hz以下的低频振动都有较好的抑制作用,相位变化3σ值小于0.12rad,即相位变化小于±0.02个干涉条纹周期。该系统可以实时有效地锁定曝光干涉条纹,较好地满足全息曝光的要求。     

基于数字光处理的结构光三维扫描系统的设计

结合结构光投影三维扫描的原理,设计了数字微镜器件(DMD)作为结构光的发生装置,主控芯片为FPGA,实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台,并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光,同步采集图像;然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位-高度映射还原得到三维的深度信息并建模;最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示,达到194帧/s的相机触发采集,三维扫描效果图清晰,还原和重建效果理想。     

扫描干涉光刻机的超精密移相锁定系统

扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接,针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹,重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上,阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理,构建了移相锁定控制系统实验装置。最后,基于移相锁定控制实验装置,针对移相锁定定位性能,开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析,实现了±3.27nm (3σ,Λ=251nm)的定位控制精度;针对移相跟踪控制性能,在移相跟踪控制精度实验分析的基础上,利用陷阱滤波PID控制实现了±4.17nm(3σ,Λ=251nm)的跟踪控制精度。     

条纹周期动态可调的通用型干涉仪

提出一种新型结构的通用型干涉仪,用于实现不同结构、不同形状的光学透镜、光学晶体等元件的快速目视观察与精确测量。该干涉仪利用可相对旋转的双光楔对条纹周期进行动态调制完成实时检测。以两块雅敏干涉平板为主体结构,在双光路中各自放入一对楔角完全相同的光楔对,建立条纹周期和条纹倾斜方向与光楔对相对旋转角度之间的关系,并采用光学晶体畴反转实时检测验证干涉仪的测量性能。试验结果表明,干涉仪的相位检测精度约为0.2 rad(λ/30),条纹周期(一对黑白条纹)为0.105~5.993 mm/pair,光路中光楔对的相对转角可在0~179°调节。干涉仪具有完全对称的光路结构,由于较高的稳定性和抗干扰能力,可针对不同类型光学元件的结构特点进行条纹周期的实时调制,并可达到较高的检测精度。     

微悬臂振动干涉测量非正交信号的处理算法

设计了干涉条纹形状对悬臂角度变化不敏感的干涉光路系统,针对实际干涉条纹光电转换信号的特点,提出了对难以保证正交化的两路信号进行实时椭圆拟合的方法。应用椭圆拟合及换算参数的结果,推导了干涉条纹相位变化的理论公式。最后,根据相位量与振动位移量的关系,以及振动位移连续性的特点,通过直接解包裹的衔接算法,得到了最终振动位移量。实验表明,该方法在保证足够采样频率的条件下,无需额外硬件计数电路,就能完成微悬臂振动位移的干涉量级精度的测量。     

可变载频径向剪切雅敏干涉仪

基于雅敏干涉装置,提出一种新的可变载频(条纹频率可调)的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成;双光楔用于调节条纹周期,以获取最佳干涉图;两扩束镜的扩束比例可变,以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致,同时所有光楔来源于同一楔板,参数一致,两扩束镜的性能参数也完全相同,光路对称,严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量;并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节,获得了最佳条纹图。最后,对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示:通过调节双光楔和扩束比,此干涉仪可获得较好的条纹图,为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。     

新型数字波面斐索干涉仪的设计

介绍结构简单的激光斐索干涉仪设计原理及方法,该仪器以其设计思想新颖、单幅图像实时处理、计算机对干涉条纹处理并实时显示计算结果、数字显示被测光学零件的面形信息,相对于传统测量方法具有无以伦比的优势.同时简单介绍对干涉条纹的处理思路,将实用的图像处理算法如图像滤波、二值化、细化等方法用于采集到的干涉条纹处理,为后续准确确定条纹位置、条纹间距、条纹变形作前期准备工作.     

提高数控铣削效率的实时负载反馈智能控制系统

本文以数控铣削加工机床为控制对象,探讨了一种具有实时负载反馈的参数自调整模糊恒功率控制系统,以提高机床的加工效率。在通过计算机仿真验证了控制方案可行性的基础上,设计了系统的硬件和软件,并进行了联机实验。实验结果表明,系统是稳定的,达到了预期的设计目标。     

计量光栅可变步长实时扫描定位FPGA实现

设计一种用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现光栅可变步长扫描实时定位控制的方法;实现在扫描台连续运动的过程中,实时同步定位触发控制。用D触发器实现对光栅信号边沿提取进而实现光栅信号细分辨向电路,在此基础上实现可变步长实时扫描控制的方案。以Verilog HDL硬件描述语言为平台实现了该电路方案。该系统可用于扫描测量控制,可变步长定位控制。