计量光栅透光宽度为a、遮光宽度为b,周期栅距是什么?
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计量光栅是利用两块光栅叠合产生的莫尔条纹,将位移转换为周期性光强变化,再经光电元件转换为电信号,从而实现高精度位移测量的光学部件。
计量光栅是一种刻有周期性明暗线纹的光学部件,利用莫尔条纹现象测量线位移或角位移。按应用范围分为透射光栅和反射光栅;按用途分为测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅;按表面结构分为幅值(黑白)光栅和相位(闪耀)光栅。
在长条形镀膜玻璃上均匀刻制明暗相间、等间距的细小条纹。设不透光栅线宽度为 ,透光栅线间距为 ,则栅距(光栅常数),通常 。常用光栅每毫米刻有10、25、50、100、125、250条线。
两块具有相同栅线宽度和栅距的光栅叠合,中间留有微小间隙,使两者栅线之间形成很小夹角 ,在垂直于栅线的方向上出现明暗相间的条纹,称为莫尔条纹。栅线重合处透光面积最大,形成亮带;栅线错开处形成暗带。当 时,亮带与暗带间距相等,统称为条纹间距 。
在 很小的情况下,条纹间距与栅距、夹角的关系为:
式中 为光栅栅距(单位:mm), 为两光栅刻线夹角(单位:rad), 为莫尔条纹间距(单位:mm)。
式中 为单条刻线位置偏差的标准差(随机误差), 为光电元件能接收到对应信号的光栅刻线条数;该式适用于各条刻线偏差近似独立同分布的情形。若 为单条刻线的固定(确定性)偏差,则 条等权平均后的偏差为 ,不能按 缩放。这降低了对光栅刻划精度的要求。
计量光栅由光电转换装置(光栅读数头)和光栅数显表组成。光电转换装置包括主光栅(确定测量范围,与运动部件连接)、指示光栅(固定不动,检取信号)、光路系统和光电元件。主光栅与指示光栅之间距离 的取值取决于读数头的光路与照明方式。在采用衍射自成像(泰伯效应)或干涉扫描原理的特定光路中,当照明光波长 与栅距 满足相应条件时,可取
式中 为光栅栅距, 为有效光波长。该式不是任意主/指示光栅间隙的普遍条件;对采用几何莫尔条纹成像的读数头,间隙由光路、照明准直性和信号对比度要求确定,不能仅按避免摩擦来普遍确定。
主光栅每移动一个栅距 ,光强变化一个周期。光电元件输出电压近似为:
式中 为输出电压(V), 为平均直流分量(V), 为正弦交流分量幅值(V), 为光栅位移(mm), 为栅距(mm)。
长栅用于线位移,圆栅用于角位移;分类角度可同时适用。密度ρ线/mm对应W=1/ρ mm,50线/mm为0.02mm,这是结构周期,不等于细分后分辨率。
更小显示末位还需刻纹、装调与环境控制。这里提出测量链的学习思考,不把未核的光刻机数字当产品性能;计量能力依赖完整误差管理。
基础测试统一使用选择题,先确认概念、定义和关键判断是否扎实。
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