專利名稱:用特定的不等距柵板構(gòu)成小位移測量器的制作方法
本發(fā)明是用兩片相同的線位置為一種特定函數(shù)關(guān)系的不等距柵板構(gòu)成另定位及另位附近小位移測量器，用正交不等距柵板以測量兩個直角坐標(biāo)方向的小位移及作平面圖形之另定位用。
適用于加工過程的定位及照相、印刷中圖片重疊的定位。
現(xiàn)有的莫爾技術(shù)是當(dāng)兩個線柵(或同心圓柵，放射形條柵)互相重疊時即形成莫爾條紋。莫爾技術(shù)在精密測量中最廣泛的應(yīng)用是利用兩個等距線狀柵之間的運動測量剛體間的相對位移和轉(zhuǎn)動。如美國專利U.S.P.3、957、378，U.S.P.2、886、717，U.S.P.2、886、718及U.S.P.3、768、911等另一個重要應(yīng)用是利用兩塊透明柵板之重疊作另定位用。
英國國家工程實驗室，著名科學(xué)家G.T.Reid于1983年曾發(fā)表一種莫爾條紋另定位器〔G.T.Reid，“A Moire Fiinge Aligment Aid”O(jiān)ptics and Lasers in Engineering 4(1983)121-126〕Reid定位器由兩塊相同的透射形定位片組成。如圖1所示，定位片的中心部分是一個等間距的同心圓圖案(圓柵)，此圓柵被一方形的等間距線形柵所包圍，如圖2所示。當(dāng)此兩定位片間存在相對轉(zhuǎn)動時，在外圍線形柵部分有等距直線形莫爾條紋出現(xiàn)。在小轉(zhuǎn)角的情況下，出現(xiàn)的條紋數(shù)與轉(zhuǎn)角成正比。當(dāng)兩定位片間有相對位移時，中心同心圓(圓柵)部分會出現(xiàn)輻射狀條紋，Reid定位片的轉(zhuǎn)角調(diào)整靈敏度可達(dá)0.03°，其主要缺點是中心測位移用的圓柵部分，當(dāng)兩片中心有相對偏離時出現(xiàn)的輻射狀條紋并不能指示兩片中心偏離的方向及偏離的大小。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述缺點，提供一種新的定位器，能夠方便地讀出中心偏離的方向及大小，并保留Reid定位片外圍等間距之線狀柵測角部分。
圖1Reid定位片。
圖2兩Reid定位片相互間同時有相對轉(zhuǎn)動及中心位移時的情況。
圖3本發(fā)明之定位片舉例。
圖4推導(dǎo)本發(fā)明函數(shù)關(guān)系所用之原理圖。
圖5一維不等距柵板定位片、當(dāng)兩定位片相互沿柵線垂直方向有相對位移時的情況(a)相對位移Δ＝0 (b)Δ＝0.11mm(c)Δ＝0.22mm (d)Δ＝0.44mm圖6兩維不等距交叉柵定位片，當(dāng)兩定位片沿X、Y方向均有相對位移時所出現(xiàn)之條紋圖。
本發(fā)明的原理如下定位片如圖3所示外圍部分與Reid定位片相同，是等距的線狀柵，用來測量兩柵片間之相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)外圍視場中無條紋出現(xiàn)時，兩片之柵線互相平行。中間的交叉不等距柵部分是本發(fā)明的內(nèi)容。如兩片間沿X(或Y)方向有相對位移時，中間部分出現(xiàn)平行于Y之等距條紋(或平行于X之等距條紋)，由條紋數(shù)量可判讀位移量之大小，由條紋移動之方向可判斷位移對另位之偏離方向，至中間部分無條紋出現(xiàn)時，則調(diào)整完畢。
交叉不等距柵板的座標(biāo)原點為O，每條線的位置由下列公式?jīng)Q定
公式推導(dǎo)如下首先討論一維(判讀X方向位移)的情形其定位片由平行于Y軸之不等距柵組成。
其柵線位置公式及工作原理可用圖4說明，圖4僅為導(dǎo)出公式(1)、(2)所用，其座標(biāo)用小寫字母x、y表示。
如圖4，已知在影象莫爾法中，如平行光經(jīng)一等距柵板G投射到一試件表面，d為柵板G上兩條柵線間的距離，α為觀察方向與光投射方向之夾角，試件由函數(shù)y＝f(x)表示，N為線序數(shù)。
則yN＝xNotgα-ctgα·N·dxN＝y(tǒng)Ntgα+Nd可見xN中包含著試件離柵板G平面距離yN之信息，如以xN值制成柵板，即是一個包含試件yN信息之不等距柵。
如試件y＝f(x)取y＝ax2函數(shù)形式，則yN＝ax2N，代入上面的公式有xN＝ax2Ntgα+N·d∴ax2Ntgα-xN+N·d＝0
XN=ctgα ±ctg2α-4actgα ·N ·d2a]]>其中解XN=ctgα ±ctg2α-4actgα ·N ·d2a]]>不合理，用A、B、C表示常數(shù)項，并考慮在X、Y座標(biāo)系中沿X負(fù)方向的柵線，則柵線位置的一般表達(dá)式為X±N=+B-B2-C ｜N ｜A(1)]]>式中A＝2a，B＝otgα，C＝2·A·B·d。
當(dāng)兩個這樣的柵板沿與柵線垂直方向發(fā)生小位移時，則所得之莫爾條紋為一階導(dǎo)數(shù)dy/dx的等值條紋族。由y＝ax2，則dy/dx＝2ax為一線性函數(shù)，則這樣的兩個定位片間沿X方向有相對小位移Δ時，所得之莫爾條紋將為與柵線平行等間距之直線族。
下面求該法測試之靈敏度xN＝y(tǒng)Ntgα+N·d，對于線序數(shù)為P時，有xP＝y(tǒng)Ptgα+P·d，則Ed＝xN-xP＝y(tǒng)Ntgα+N·d-yPtgα-P·d，(E-N+P)d＝(yN-yP)·tgα令E-N+P＝M，在小位移為Δ的情況下得到M·d＝ (dy)/(dx) ·Δ·tgα紋圖案，出現(xiàn)平行于Y軸的條紋，顯示出兩片間沿X方向有位移，出現(xiàn)平行于X軸的條紋，顯示出兩片間沿Y方向有位移。
圖6所示為沿X軸及沿Y軸位移量均為Δ＝2( (d)/(2a·tgα·XT) )公式(2)的關(guān)系所得條紋之圖案。
附檢索報告。
權(quán)利要求
1.一種用特定的不等距柵板構(gòu)成的小位移測量器，由兩片相同的柵板組成，其特征在于，柵板的中間部分為一種特定函數(shù)關(guān)系的不等距柵，不等距柵的線位置滿足以下函數(shù)關(guān)系X±N=±B-B2-C|N|A]]>式中A、B、C為常數(shù)，N為線序數(shù)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的用特定的不等距柵板構(gòu)成的小位移測量器，其特征在于，不等距柵板可以是一維的，也可以是兩維的交叉不等距柵，交叉不等距柵的線位置滿足以下函數(shù)關(guān)系X±N=±B-B2-C|N|A]]>X±N=±B-B2-C|M|A]]>式中A、B、C為常數(shù)，N及M為線序數(shù)。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的用特定的不等距柵板構(gòu)成的小位移測量器，其特征在于，不等距柵板可以是正方形，或多邊形，也可以是圓形。
專利摘要
本發(fā)明是用兩片相同的線位置為一種特定函數(shù)關(guān)系的不等距柵板，構(gòu)成另定位及另位附近小位移測量器。其外圍部分是等距的線狀柵，用以判讀及消除兩片間之相對轉(zhuǎn)動。中間部分為交叉的不等距柵，當(dāng)兩柵板有相對小位移時，所得之莫爾條紋為與柵線平行等間距之直線族。一定視場中的條紋數(shù)與位移量成正比。本發(fā)明判讀方便，適用于加工、照相圖片、印刷圖片等的定位。
文檔編號G01B11/04GK86103771SQ86103771
公開日1987年1月31日 申請日期1986年6月4日
發(fā)明者俞信 申請人:北京工業(yè)學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan