[發(fā)明專利]長光柵微密線紋測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410370836.0
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104089581B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高宏堂;葉孝佑;孫雙花
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量科學(xué)研究院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及幾何量計(jì)量器具校準(zhǔn)測量技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地說，涉及一種長光柵微密線紋測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

光柵是具有微密線紋(即刻線)的一種特殊線紋尺。光柵在測量技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，按照用途可分為用于測長度的長光柵和用于測角度的圓光柵兩類。長光柵的微密線紋線間距對于長光柵的加工制造和以長光柵構(gòu)成的測量系統(tǒng)而言，都是一個(gè)很重要的技術(shù)參數(shù)，因此對長光柵微密線紋線間距的測量顯得尤為必要。

由于長光柵的微密線紋具有密而多的特點(diǎn)，所以對長光柵微密線紋線間距的測量有一定的技術(shù)難度。傳統(tǒng)測量方式是：人工對通過顯微鏡放大后的微密線紋進(jìn)行瞄準(zhǔn)測量，然后計(jì)算線間距。此種方式受人眼分辨率的限制，瞄準(zhǔn)和測量的精度受到限制，最終導(dǎo)致對長光柵的測量精度較低。而且人工測量的方式效率較低。

為此，請參考附圖1，圖1示出了一種長光柵微密線紋測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖1所示的系統(tǒng)主要由顯微鏡系統(tǒng)01、激光干涉儀03、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02和運(yùn)動臺04及被測長光柵05組成。顯微鏡系統(tǒng)01固定不動，運(yùn)動臺04帶動被測長光柵05運(yùn)動，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)顯微鏡系統(tǒng)01對沿運(yùn)動臺04移動方向放置的被測長光柵05不同區(qū)域線紋圖像的采集和處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02通過圖像處理的方法完成長光柵微密線紋所有線間距的測量。長光柵的微密線紋被顯微鏡本體012的顯微鏡放大后成像于CCD011(顯微鏡系統(tǒng)01包括顯微鏡本體012和CCD011)上，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02獲取CCD圖像，運(yùn)動臺04的運(yùn)動距離由激光干涉儀03檢測并被保存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02中。對于每一幅CCD圖像內(nèi)所包含的微密線紋線間距則由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖像處理軟件計(jì)算得到，單幅CCD圖像內(nèi)微密線紋線線間距的計(jì)算和多幅CCD圖像的拼接方法實(shí)現(xiàn)長光柵微密線紋所有線間距的測量。

但是，圖1所示的長光柵微密線紋測量系統(tǒng)在測量的過程中存在如下問題：

第一：為了具備較高測量分辨率，光柵微密線紋線間距檢測所用的顯微鏡系統(tǒng)01的顯微鏡放大倍率較高，此種情況下，被測長光柵05的微密線紋經(jīng)過顯微鏡高倍放大后，存在于顯微鏡視場中的線紋數(shù)量較少，進(jìn)而導(dǎo)致每次CCD抓拍獲取的CCD圖像內(nèi)所含線紋數(shù)量較少。這會導(dǎo)致整個(gè)被測長光柵05的整個(gè)測量過程中需要多次定位拍照，即每次CCD獲取一幅圖片后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02控制運(yùn)動臺04運(yùn)動到被測長光柵05的下一個(gè)區(qū)域，進(jìn)而對下一個(gè)區(qū)域內(nèi)的微密線紋實(shí)施抓拍和處理，最終每個(gè)區(qū)域的測量結(jié)果拼接形成整個(gè)被測長光柵05的測量結(jié)果。圖1所示的測量系統(tǒng)的測量屬于靜態(tài)測量(被測長光柵05測量時(shí)需要處于靜止?fàn)顟B(tài)，以供顯微鏡系統(tǒng)01正確瞄準(zhǔn)相對應(yīng)區(qū)域)，這導(dǎo)致對被測長光柵05的測量效率較低。

第二：如圖2和圖3所示，測量結(jié)果量值不能直接溯源于激光標(biāo)準(zhǔn)波長，測量的精度受限于CCD像素寬度標(biāo)定誤差和CCD像素(如圖3所示，圖3是放大后實(shí)際的CCD線紋圖像)均勻性誤差，這最終使得測量精度難以提高。同時(shí)，測量過程中每個(gè)區(qū)域的測量結(jié)果拼接會導(dǎo)致累積誤差，這進(jìn)一步使得測量精度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種長光柵微密線紋測量系統(tǒng)，以解決目前的長光柵微密線紋測量系統(tǒng)存在的測量效率低和測量精度低的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

長光柵微密線紋測量系統(tǒng)，包括運(yùn)動臺，還包括用于獲取干涉測長電信號的激光干涉測長子系統(tǒng)、用于獲取刻線電信號的光電顯微鏡子系統(tǒng)以及信號處理及結(jié)果顯示子系統(tǒng)，其中：

所述光電顯微鏡子系統(tǒng)包括分光片、狹縫片、光電倍增管和線紋電信號預(yù)處理電路，所述分光片設(shè)置在顯微鏡成像位置的前端，用于將線紋成像光束分為透射和反射兩路輸出，所述光電顯微鏡子系統(tǒng)具有能夠通過所述分光片透射出的線紋成像光束進(jìn)行成像的圖像接收CCD，具有能夠通過所述分光片反射出的線紋成像光束成像在其上的所述狹縫片，所述狹縫片具有能夠與線紋圖像寬度相適應(yīng)的狹縫，所述光電倍增管與所述分光片分別位于所述狹縫片進(jìn)出光兩側(cè)用于將穿過所述狹縫片狹縫的線紋圖像轉(zhuǎn)換為線紋電信號，所述線紋電信號預(yù)處理電路用于對所述線紋電信號預(yù)處理；

所述激光干涉測長子系統(tǒng)具有用于對所述干涉測長電信號預(yù)處理的干涉測長電信號預(yù)處理電路；