光栅干涉仪位移测量技术作为精密位移测量的重要工具,应用于精密机床加工、机器人技术、半导体制造等领域。随着精密制造的飞速发展对测量精度和分辨力提出了新的要求,针对该要求本文设计了一种基于利特罗角入射条件下对称式八倍光学倍程的光栅干涉仪读头。通过理论计算与仿真模拟相互验证的方法分别对光栅干涉仪读头的设计理论、结构、功能做了分析,研究了不同光学元件存在安装误差的情况下对光栅干涉仪测量系统测量信号的影响。论文工作具体如下:1.光栅干涉仪读头结构设计。本文基于衍射光栅干涉测量原理设计了一种外差式利特罗结构的八倍光学倍程读头。两束测量光以利特罗角入射,经角锥镜、透射光栅以及反射镜后能够分别叠加四倍位移信息,从而使得该读头实现了八倍光学倍程。将该读头结构应用于光栅干涉仪测量系统中,可以减小测量过程中引起的非线性误差,同时提高了光栅干涉仪测量系统的分辨力,为电子细分信号处理提供了更高精度的基准。2.光栅干涉仪读头光路仿真和测量信号对比度仿真。本文构建光栅干涉仪读头的测量模型,实现光栅干涉仪读头仿真,获得的相干相位图样验证了读头结构的可行性。对光栅干涉仪读头测量信号的对比度进行动态仿真,测量信号的对比度为0.426。3.光栅干涉仪测量系统误差分析。本文分析了光栅干涉仪测量系统的三种误差源,针对光路误差中激光源不稳定、光栅周期不均匀性和环境误差中温度的影响进行了研究。通过仿真分析了光栅干涉仪读头中各光学元件多角度旋转对测量光束光斑重合度和测量信号对比度的影响。实验结果表明,反射镜、角锥镜多角度旋转时,测量光束光斑重合度优于0.8;光栅绕Z轴旋转对测量信号对比度影响较大,光栅旋转±0.2°时测量信号对比度优于0.4。