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光學(xué)系統(tǒng)裝配集成時(shí)難免存在位置誤差，為了達(dá)到理想的補(bǔ)償效果，需要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整光學(xué)元件的位置。電容位移傳感器(簡(jiǎn)稱傳感器) 因?yàn)榫哂行旁氡却蠛挽`敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在精密位移檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。但是，由于加工制造和運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊?，傳感器的?shí)際特性與理論特性間存在一定的差距，使得測(cè)量結(jié)果存在誤差，不能保證光學(xué)元件位移補(bǔ)償量的準(zhǔn)確性，從而影響光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)補(bǔ)償效果。為了減小測(cè)量誤差，一方面是對(duì)傳感器制造工藝和運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行更加嚴(yán)格的質(zhì)量控制；另一方面是對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定補(bǔ)償計(jì)算以提高其測(cè)量精度。本文提出一種高精度位移傳感器在線標(biāo)定方法，搭建了一種運(yùn)動(dòng)軸、測(cè)量軸和傳感軸三軸共線的標(biāo)定平臺(tái)，從測(cè)量原理上消除阿貝誤差。標(biāo)定補(bǔ)償計(jì)算后傳感器的線性度由0． 04714% 提高至0.00484% ，標(biāo)定后的傳感器滿足高精度光學(xué)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用要求。

1. 標(biāo)定平臺(tái)的組成及工作原理

設(shè)計(jì)的標(biāo)定平臺(tái)單軸激光干涉儀( 簡(jiǎn)稱干涉儀) ，發(fā)出的入射光通過(guò)微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱機(jī)構(gòu)) 上的通光孔入射到50%分光鏡處，然后經(jīng)過(guò)分光鏡分成2路，一路入射光經(jīng)過(guò)參考角反射鏡后返回，光程為Δ₁；其中，參考角反射鏡和分光鏡連接，并且與干涉儀光軸在同一直線上；另一路入射光經(jīng)過(guò)測(cè)量角反射鏡后返回，光程為Δ₂；其中，測(cè)量角反射鏡與支撐座連接到機(jī)構(gòu)的左端，且測(cè)量角反射鏡和分光鏡所在直線與干涉儀光軸方向垂直；兩路反射光最后經(jīng)過(guò)通光孔再回到干涉儀；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器穿過(guò)導(dǎo)向孔頂推導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作水平方向的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，Δ₂ 的讀數(shù)改變；同時(shí)，傳感器與被測(cè)面之間的距離 d也隨之改變；以激光干涉儀的讀數(shù)為基準(zhǔn)，對(duì)傳感器在線標(biāo)定補(bǔ)償計(jì)算。該標(biāo)定方法從測(cè)量原理上消除阿貝誤差，標(biāo)定后的傳感器線性度好。

2.基于柔度矩陣法的微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器的最大驅(qū)動(dòng)力為40N，為了實(shí)現(xiàn)500μm 以上的行程，必須合理設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的輸出柔度。為減小運(yùn)動(dòng)誤差，采用了由連桿和圓弧柔性鉸鏈構(gòu)成的對(duì)稱平行四邊形機(jī)構(gòu)。下面通過(guò)分析單個(gè)鉸鏈變形與外載荷之間的關(guān)系，推導(dǎo)鉸鏈的柔度系數(shù)，然后合成柔度矩陣，進(jìn)而推導(dǎo)機(jī)構(gòu)的輸出柔度。

3.結(jié) 論

本文提出了一種高精度電容位移傳感器的在線標(biāo)定方法，搭建了一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸、測(cè)量軸和傳感軸三軸共線的標(biāo)定平臺(tái)，從測(cè)量原理上消除了阿貝誤差?；谌岫染仃嚪ㄔO(shè)計(jì)的微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的柔度為 13.585μm/N，運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到543.4μm，分辨率約為10mm。傳感器經(jīng)過(guò)標(biāo)定補(bǔ)償計(jì)算后，其線性度指標(biāo)由原來(lái)的 0.04714% 提高至 0.00484% ，測(cè)量精度明顯改善。該線性度標(biāo)定方法精度高，標(biāo)定平臺(tái)易于制造，標(biāo)定后的傳感器能夠滿足光學(xué)系統(tǒng)位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用要求。