[其他]用特定的不等距柵板構成小位移測量器

無效

• 申請號: 86103771
• 申請日: 1986-06-04
• 公開（公告）號: CN86103771B
• 公開（公告）日: 1987-10-21
• 發明（設計）人: 俞信
• 申請（專利權）人: 北京工業學院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/04
• 代理公司: 北京工業學院專利代理事務所
• 代理人: 秦月貞

本發明是用兩片相同的、線位置為一種特定函數關系的不等距柵板，構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。

現有的莫爾技術是：當兩個線柵（或同心圓柵，放射形條柵）互相重疊時即形成莫爾條紋。莫爾技術在精密測量中最廣泛的應用是：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，著名科學家G.T.Reid于1983年曾發表一種莫爾條紋另定位器〔G.T.Reid，“AMoireFringeAligmentAid”OpticsandLasersinEngineering4（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，當此兩定位片間存在相對轉動時，在外圍線形柵部分有等距直線形莫爾條紋出現。在小轉角的情況下，出現的條紋數與轉角成正比。當兩定位片間有相對位移時，中心同心圓（圓柵）部分會出現輻射狀條紋，Reid定位片的轉角調整靈敏度可達0.03°，其主要缺點是中心測位移用的圓柵部分，當兩片中心有相對偏離時出現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1：Reid定位片。

圖2：兩Reid定位片相互間同時有相對轉動及中心位移時的情況。

圖3：本發明之定位片舉例。

圖4：推導本發明函數關系所用之原理圖。

圖5：一維不等距柵板定位片、當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△＝0（b）△＝0.11mm

（c）△＝0.22mm（d）△＝0.44mm

圖6兩維不等距交叉柵定位片。當兩定位片沿X、Y方向均有相對位移時所出現之條紋圖。

本發明的原理如下：

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動。當外圍視場中無條紋出現時，兩片之柵線互相平行。中間的交叉不等距柵部分是本發明的內容。如兩片間沿X（或Y）方向有相對位移時，中間部分出現平行于Y之等距條紋（或平行于X之等距條紋），由條紋數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時，則調整完畢。

交叉不等距柵板的坐標原點為0，每條線的位置由下列公式決定：

公式推導如下：

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僅為導出公式（1）、（2）所用，其坐標用小寫字母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y＝f（x）表示，N為線序數。

則yN＝xNctgα-ctgα·N·d

xN＝yNtgα+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函數形式，則

yN＝axN²，代入上面的公式有：

xN＝axN²tgα+N·d

∴axN²tgα-xN+N·d＝0

其中解

不合理：