【摘要】：在先進(jìn)加工制造領(lǐng)域中,精密工作臺(tái)和精密導(dǎo)軌是保證機(jī)床制造精度和儀器測(cè)量精度的重要運(yùn)動(dòng)部件。工作臺(tái)和導(dǎo)軌的準(zhǔn)確裝配和調(diào)節(jié),以及在幾何空間的靜止形態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)的探測(cè)和操縱等,都必須對(duì)其多個(gè)自由度誤差進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。本文將激光干涉儀和自準(zhǔn)直儀統(tǒng)一于同一個(gè)激光測(cè)量系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)二維工作臺(tái)進(jìn)行多自由度同時(shí)測(cè)量。本文主要完成了以下工作:(1)對(duì)多自由度同時(shí)測(cè)量方法進(jìn)行深入研究,介紹了激光多自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理�；谡w式光路布局和偏振干涉技術(shù),完善了激光測(cè)量光路,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(2)為得到高質(zhì)量的電壓輸出信號(hào),針對(duì)位移測(cè)量光路和角度測(cè)量光路的輸出光信號(hào)的不同,分別設(shè)計(jì)了各自的信號(hào)處理電路,并進(jìn)行電路的調(diào)試和制板,從而獲得高質(zhì)量的信號(hào)。(3)在VC++6.0環(huán)境下,改進(jìn)并完善數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)軟件程序,實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲(chǔ)。(4)搭建并調(diào)試二維工作臺(tái)多自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng),基于實(shí)驗(yàn)室已研制出來的二維定位工作臺(tái),對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行整體性能測(cè)試,比如角度標(biāo)定、靜態(tài)漂移測(cè)試、分辨力測(cè)試以及比對(duì)實(shí)驗(yàn),從而驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:位移測(cè)量系統(tǒng)的分辨力為0.8 nm,角度測(cè)量系統(tǒng)的分辨力為0.2″;位移測(cè)量范圍可達(dá)50 mm,角度測(cè)量范圍可達(dá)±50″。定位工作臺(tái)在50 mm的運(yùn)動(dòng)行程內(nèi),本多自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)和雷尼紹XL-80測(cè)量?jī)x器的定位偏差優(yōu)于100 nm。在角度測(cè)量范圍內(nèi),本多自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)和雷尼紹XL-80測(cè)量?jī)x器的偏擺角和俯仰角的最大測(cè)量偏差分別為0.4″,0.5″。
【圖文】：

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文同時(shí)測(cè)量的方法層出不窮，每種方法具有自身的優(yōu)點(diǎn)且適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)測(cè)量原理不同主要分為激光干涉測(cè)量法、衍射測(cè)量法、多光束基準(zhǔn)測(cè)量法、多 CCD 視覺測(cè)量法。1.2.1激光干涉測(cè)量法激光干涉測(cè)量法是目前較為成熟的一種光學(xué)測(cè)量方法，其利用光學(xué)干涉技術(shù)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定位和瞄準(zhǔn)。美國俄亥俄州大學(xué)的 Hsiang Menq 及其團(tuán)隊(duì)基于該測(cè)量方法，設(shè)計(jì)出了一種改進(jìn)式的激光外差干涉多自由度測(cè)量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)位移和角度的同時(shí)測(cè)量，其缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的位移和一個(gè)方向的角度的同時(shí)測(cè)量[6]。其測(cè)量光路原理圖如圖 1.1 所示，，從激光器發(fā)出兩束不同頻率的相互正交的線偏振光，并入射到偏振分光棱鏡被分為兩束光，一束測(cè)量光束和一束參考光束。被調(diào)制的參考光束和測(cè)量光束產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象，并被光電探測(cè)器接收，根據(jù)探測(cè)器上光斑中心的位移偏移信號(hào)可以推導(dǎo)出測(cè)量參數(shù)。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是無法利用單個(gè)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度的同時(shí)測(cè)量。

第一章 緒論1.全息透射式測(cè)量法天津大學(xué)的房豐洲及其團(tuán)隊(duì)研制出一種利用全息透鏡來進(jìn)行分光的多自由度檢測(cè)系統(tǒng)，其工作原理圖如圖 1.2 所示[8]。激光束經(jīng)過激光干涉部分實(shí)現(xiàn)位移的實(shí)時(shí)測(cè)量；經(jīng)過兩個(gè)組合鏡透射到全息透鏡的激光束被分成三束光，這三束光分別用來對(duì)四個(gè)角運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行檢測(cè)。該測(cè)量系統(tǒng)光路簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)成本低，但其滾轉(zhuǎn)角誤差的測(cè)量受激光束的穩(wěn)定性影響比較明顯，因此需嚴(yán)格控制外界測(cè)量環(huán)境。針對(duì)上述問題，孫長(zhǎng)庫等人結(jié)合激光全息分光技術(shù)和激光干涉測(cè)量方法，增加了磁光調(diào)制技術(shù)和激光漂移補(bǔ)償技術(shù)，從而建立了比較穩(wěn)定的測(cè)量基準(zhǔn)，以此降低滾轉(zhuǎn)角測(cè)量誤差，但增加了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度[9]。以上兩個(gè)系統(tǒng)均存在一個(gè)共同缺陷，即無法實(shí)現(xiàn)位移和其他五個(gè)自由度的同時(shí)在線測(cè)量。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH744.5

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本文編號(hào)：2669570