[發明專利]基于外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統仿真方法

有效

• 申請號: 201811064647.5
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109238132B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 陳洪芳;湯亮;石照耀;姜博;宋輝旭
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了基于外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統仿真方法，本發明首先分析了基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統原理，然后根據光學系統原理利用ZEMAX建立基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量系統的能量仿真模型，并利用此能量仿真模型分析光學系統中各光學元件性能非理想對激光外差干涉信號能量的影響。本發明方法突破雙基圓盤式漸開線樣板亞微米級精度測量技術的瓶頸，建立新的測量模型，分析光學元件非理想對測量系統能量的影響。對直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板高精度測量光學系統設計，光學元件的選擇，測量系統精度的提高具有指導意義。

技術領域

本發明涉及一種ZEMAX仿真方法，具體涉及基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板高精度測量系統的ZEMAX仿真方法，屬于精密測量領域。

背景技術

為實現齒輪的精度控制，高精度齒輪測量儀器的測量準確性保證非常重要。亞微米量級的漸開線樣板成為齒輪測量儀器校準的基礎。然而對于高精度的漸開線樣板，如何用先進的激光測量技術提高漸開線樣板的測量精度等問題尚未解決。探尋漸開線樣板的測量新原理及新方法，為齒輪測量的最前沿研究問題。

漸開線樣板的高精度測量至關重要，是保證漸開線樣板校準漸開線測量儀器精度的關鍵技術。常規齒輪樣板標定主要采用的儀器是齒輪測量中心及坐標測量機。而對于漸開線樣板的校準，必須要有一個高精度和量值溯源的測量技術。激光干涉測量技術具有測量精度高(納米量級)、溯源性強、重復性好等特點，單頻激光干涉測量技術是基于對直流調幅信號的處理，背景光強的變化可能使信號強度落于計數器觸發電平之下而導致計數誤差，抗干擾能力受影響，而激光外差干涉技術的特點是利用載波技術將被測物理量的信息轉換成調頻或調相信號，光電探測器接收到的干涉信號是交流信號，信噪比高，抗干擾能力強，易于實現高分辨率和動態實時的測量，并且激光外差干涉技術可兼顧超精密、動態實時、多自由度測量需求，可實現被測對象的位姿的實時反饋與精確控制。同時，對于光學系統而言，存在著光學元件非理想、光學元件的放置誤差等誤差因素，影響系統的測量精度。補償及降低誤差源，是提高光學系統精度的有力保障。

為此，本發明基于激光外差干涉技術的超精密、動態實時、多自由度測量等特點，利用漸開線的幾何特性，針對雙基圓盤式漸開線樣板的高精度標定方法進行深入研究，利用ZEMAX軟件的光學設計和仿真分析功能，設計一種基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量系統的ZEMAX仿真方法，突破雙基圓盤式漸開線樣板亞微米級精度測量技術的瓶頸，建立新的測量模型，分析光學元件非理想對測量系統能量的影響。對直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板高精度測量光學系統設計，光學元件的選擇，測量系統精度的提高具有指導意義。

發明內容

本發明首先分析了基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統原理，然后根據光學系統原理利用ZEMAX建立基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量系統的能量仿真模型，并利用此能量仿真模型分析光學系統中各光學元件性能非理想對激光外差干涉信號能量的影響。

本發明對基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統的光學元件選擇、光路的搭建、系統的調試具有非常重要地理論指導意義。

本發明要解決的技術問題如下：

(1)在ZEMAX中建立基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板測量光學系統的模型。

(2)根據建立的光學系統模型，設定各光學元件的參數，實現光學系統模型的優化。

(3)分析光學系統中各光學元件性能非理想對激光外差干涉信號能量的影響。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種基于直反射三光路激光外差干涉的雙基圓盤式漸開線樣板高精度測量系統的ZEMAX仿真方法，實現該方法的光學系統如圖1所示。