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题名基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究
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作者
付文江
卢增雄
吴晓斌
黄宇峰
高斌
陈学同
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机构
中国科学院微电子研究所光电技术研发中心
中国科学院大学
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2024年第5期105-116,共12页
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基金
国家自然科学基金项目(62071464)。
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文摘
基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键。根据PSD与6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析。结果表明,当6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为10^(-17)mm和10^(-15)~10^(-16)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39μm和35.5μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为10^(-17)mm和10^(-17)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为10^(-3)~10^(-6)mm和10^(-5)mrad量级,其中z方向解算误差达到4.4μm,R_(x)和R_(y)方向解算误差达到28μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求。所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义。
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关键词
六自由度位移测量
位置敏感探测器
理论建模
数值计算法
小角度近似法
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Keywords
six-degree-of-freedom displacement measurement
position sensitive detector
theoretical modeling
numerical calculation method
small angle approximation method
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分类号
TH741
[机械工程—光学工程]
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