[发明专利]电机位移平台运动平整度的非接触式测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种利用非接触式测量装置进行电机位移平台运动平整度的测量方法，该非接触式测量装置，包括计算机(1)、控制器(2)、激光器(3)、扩束准直器(4)、1/2波片(5)、四象限探测器(6)、像散透镜(7)、偏振分光棱镜(8)、1/4波片(9)、反射镜(10)、固定在压电陶瓷(12)上的聚焦物镜(11)，以及供铝膜样品(13)放置的二维电机位移平台(14)；激光器(3)发出的光，经过扩束准直器(4)变成平行光，然后依次经过1/2波片(5)，偏振分光棱镜(8)，1/4波片(9)，经反射镜(10)反射之后入射到聚焦物镜(11)，最后聚焦到铝膜样品(13)上，经过铝膜样品(13)反射，沿光路返回，然后被偏振分光棱镜(8)反射，经过像散透镜(7)汇聚到四象限探测器(6)上；所述四象限探测器(6)的输出端与所述控制器(2)的输入端相连，四象限探测器采集到的信号传入控制器(2)中，该控制器(2)的输出端分别与压电陶瓷(12)和二维电机位移平台(14)相连，且该控制器(2)与所述计算机(1)进行通讯，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：

步骤1)用磁控溅射方法在玻璃基底上镀上一层铝薄膜作为铝膜样品(13)；

步骤2)设计四象限探测器电路：

a)将四象限探测器的四个象限依次设为A,B,C,D，采用电流电压转换器将四个象限采集到的电流信号转换为电压信号，设测得四个象限的电压值分别为V_A、V_B、V_C、V_D；

b)利用加法器、减法器和除法器，计算聚焦误差电压信号FES：

c)将聚焦误差电压信号FES传入控制器(2)；

步骤3)调节压电陶瓷(12)和铝膜样品(13)的距离，即使铝膜样品(13)表面从聚焦物镜(11)的近焦向远焦移动，通过四象限探测器测量压电陶瓷(12)每一位置的四个象限电压值，计算并记录各位置对应的聚焦误差电压信号FES，并根据FES值绘制成S曲线；

步骤4)根据S曲线的线性区域的中值所对应的FES值作为基准值SP；

步骤5)利用数字PID控制器算法，

其中，e(k)为输入偏差，e(k)＝SP-PV；u(k)为输出变量，即聚焦物镜上压电陶瓷的伸缩量；K_p、T_i、T_d分别为比例系数，积分时间和微分时间；T为采样周期，遵循奈奎斯特采样定律，设置采样频率大于信号频率的两倍以上；

步骤6)控制器控制二维电机位移平台(14)移动，通过四象限探测器此刻的四个象限电压值，计算并记录所对应的聚焦误差电压信号FES作为输入参数PV；

步骤7)依次调节比例参数K_p、积分参数T_i和微分参数T_d，使e(k)尽可能接近0；

步骤8)控制器控制二维电机位移平台(14)移动，实时计算压电陶瓷的伸缩量，同时，控制器将二维电机位移平台(14)当前位置和对应的压电陶瓷的伸缩量一并传输至计算机，计算机根据二维电机位移平台(14)移动位置和伸缩量进行图形绘制，并利用最小二乘法将图像进行线性拟合，得到二维电机位移平台(14)的运动平整度曲线图。