在我室激光陀螺基片的生产过程中,对基片表面微小变化量的检测一直是沿用传统的千分尺、千分表。由于接触测量容易损伤表面,本课题的目的就是研究一种高精度、大量程、非接触的测量系统。传统的非接触几何光学探针法虽然精度高,但测量范围太小;物理光学探针法虽然量程大,但结构复杂,对测量环境要求苛刻。通过分析对比两种非接触测量方式的优点和不足,提出了本系统采用的方案:首先利用像散几何光学探针法获得离焦误差检测信号实现定位;接着采用光干涉检测法测量透镜的位置变化,得到微小变化量的测量结果。这种处理的优点是在保证测量精度的条件下显著扩充了量程,能达到±50μm以上。而传统的像散法是利用离焦误差信号的线性段通过定标来实现测量的,通常在±5μm的范围内。本文的主要研究工作如下:光路部分,确定了系统像散法离焦误差检测的设计方案,根据传输矩阵建立了光学模型,并利用MATLAB分析了不同的光学参数对离焦误差信号的影响,确定了系统参数(透镜焦距为4 .51mm,透镜与柱面镜的距离为60 mm,柱面镜的焦距为50 mm,四象限探测器分别放在柱面镜焦点的前后10 mm处)并搭建了光学平台;电路部分,设计制作并调试了光电转换和运算电路,300V直流稳压电源和压电陶瓷驱动电路,以及基于DSP的高精度A/ D采样D/A输出和SCI通信电路。对电路中的各种干扰和噪声做了分析,同时在电路的设计与实际电路板的制作中对防止干扰和降低噪声做了处理;算法和软件部分,对系统滤波和PID控制程序以及SCI与LabVIEW的通信进行了理论分析和实现。最后,对整个系统进行实验测量,并对测量数据进行分析处理。结果表明,本系统的定位精度优于50 nm,能达到实验室对基片测量的精度要求。