本文關(guān)鍵詞：一種基于激光干涉式的三自由度檢測(cè)系統(tǒng)

  更多相關(guān)文章： 干涉測(cè)量系統(tǒng) 三自由度 橢圓擬合 四細(xì)分計(jì)數(shù) 條紋形狀識(shí)別

【摘要】：在精密超精密加工、微電子、自動(dòng)化檢測(cè)、航空航天等現(xiàn)代高科技領(lǐng)域,利用激光干涉法對(duì)工作臺(tái)或運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌多自由度在線測(cè)量具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文在國(guó)內(nèi)外激光干涉多自由度測(cè)量調(diào)研的基礎(chǔ)上,應(yīng)用相關(guān)理論知識(shí),設(shè)計(jì)一種新型基于激光干涉式三自由度同時(shí)檢測(cè)的光學(xué)系統(tǒng),主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,在傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉系統(tǒng)上,設(shè)計(jì)基于激光干涉式三自由度測(cè)量系統(tǒng),通過矢量分析光束傳播證明系統(tǒng)光路理論可行,系統(tǒng)光路采用優(yōu)化的無反饋光測(cè)量光路,同時(shí)利用PZT實(shí)現(xiàn)干涉條紋動(dòng)態(tài)調(diào)制及四象限光電探測(cè)器識(shí)別干涉條紋。其次,建立了條紋形狀參數(shù)與導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)角之間的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了條紋形狀參數(shù)與四象限光電探測(cè)器象限間相位差的理論關(guān)系,從而得出導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)角與四象限光電探測(cè)器象限間相位差的關(guān)系,為工作臺(tái)角偏測(cè)量提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)位移的測(cè)量主要利用常用的四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)來完成,主要利用光程差的變化與條紋移動(dòng)的變化對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。并且分析了滿足計(jì)數(shù)條件的條紋信號(hào)的有效性。第三,闡述了本課題設(shè)計(jì)的總體實(shí)施方案,設(shè)計(jì)并完成光學(xué)結(jié)構(gòu)的加工,利用基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的單片機(jī)STM32進(jìn)行干涉條紋信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理,利用人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)STM32與壓電陶瓷控制器之間的通信。干涉條紋信號(hào)通過四路AD采集,應(yīng)用橢圓擬合的算法提取相位差測(cè)量工作臺(tái)角度偏轉(zhuǎn);其中兩路信號(hào)差分整形細(xì)分計(jì)數(shù),測(cè)量工作臺(tái)線性位移量。最后,通過實(shí)際項(xiàng)目對(duì)微懸臂振動(dòng)位移進(jìn)行測(cè)量,利用本課題算法開發(fā)單片機(jī)軟件程序,最終位移測(cè)量達(dá)到較高的精度,表明相位差的提取的可靠性及程序開發(fā)的可行性。并通過仿真驗(yàn)證圓形四象限光電探測(cè)器象限間的等效相位距離。
【關(guān)鍵詞】：干涉測(cè)量系統(tǒng) 三自由度 橢圓擬合 四細(xì)分計(jì)數(shù) 條紋形狀識(shí)別
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN247
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題來源9
• 1.2 多自由檢測(cè)的背景及依據(jù)9-10
• 1.3 激光干涉多自由度檢測(cè)的意義與目的10
• 1.4 激光干涉多自由度測(cè)量國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容12-13
• 第2章 基于PZT調(diào)制的無反饋光干涉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13-25
• 2.1 基于PZT調(diào)制的激光干涉系統(tǒng)13-14
• 2.2 激光的準(zhǔn)直與擴(kuò)束系統(tǒng)及光束的傳播14-17
• 2.2.1 透射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)14-15
• 2.2.2 反射式激光擴(kuò)束系統(tǒng)15-16
• 2.2.3 光束空間反射、折射的矢量關(guān)系16-17
• 2.3 邁克爾干涉系統(tǒng)原理17-18
• 2.4 激光干涉系統(tǒng)的無回饋光測(cè)量光路18-19
• 2.5 干涉系統(tǒng)的光路矢量分析19-24
• 2.5.1 無反饋光測(cè)量光路矢量分析19-22
• 2.5.2 激光干涉光路整體矢量分析22-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 光束夾角及條紋形狀識(shí)別與相位差的理論關(guān)系25-36
• 3.1 利用干涉條紋形狀參數(shù)對(duì)目標(biāo)量測(cè)量的原理25
• 3.2 光束夾角與條紋形狀參數(shù)之間的關(guān)系25-28
• 3.3 利用四象限光電探測(cè)器對(duì)條紋形狀參數(shù)進(jìn)行識(shí)別28-32
• 3.3.1“田”字型光電探測(cè)器的條紋識(shí)別法29-31
• 3.3.2 圓形四象限光電探測(cè)器的條紋識(shí)別法31-32
• 3.4 光束夾角與光電管相位差的理論關(guān)系32-33
• 3.5 細(xì)分辨向計(jì)數(shù)測(cè)量位移33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-36
• 第4章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理及通信的軟硬件實(shí)施36-53
• 4.1 總體方案設(shè)計(jì)36-38
• 4.2 光路結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)及部分實(shí)驗(yàn)器材介紹38-39
• 4.3 光電轉(zhuǎn)換電路及A/D采樣39-43
• 4.3.1 四象限光電轉(zhuǎn)換電路39-40
• 4.3.2 FPGA、DSP與STM32的各自優(yōu)勢(shì)40-41
• 4.3.3 STM32兩路AD同步采集41-43
• 4.4 通信人機(jī)交互界面與XE-501壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通信43-46
• 4.5 橢圓擬合提取相位差算法46-48
• 4.6 對(duì)滿足計(jì)數(shù)的條紋信號(hào)有效性分析48-52
• 4.6.1 光電轉(zhuǎn)換信號(hào)有效性分析48-49
• 4.6.2 有效干涉條紋橢圓信號(hào)圖解49-50
• 4.6.3 條紋信號(hào)四細(xì)分處理50-52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 第5章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證53-61
• 5.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)分析53-58
• 5.1.1 干涉信號(hào)數(shù)學(xué)建模54-55
• 5.1.2 相位計(jì)算55-56
• 5.1.3 相位解包裹56
• 5.1.4 懸臂振動(dòng)位移的復(fù)原實(shí)驗(yàn)56-58
• 5.2 圓形光電探測(cè)器提取等效象限中心點(diǎn)仿真58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第6章 論文總結(jié)與展望61-64
• 6.1 全文總結(jié)61-62
• 6.2 課題展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-71
• 附錄2 課題實(shí)物圖照片71-74
• 附錄3 課題部分程序清單74-80

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