本文關鍵詞：激光外差干涉直線度測量的阿貝誤差分析及補償研究

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【摘要】：在現(xiàn)代精密機械及儀器的制造中，直線度作為表征零件形狀的主要幾何要素之一，在機械精度中有著重要的地位和作用。激光外差干涉直線度測量方法以其高精度、高信噪比、高抗干擾性等特點在直線度測量領域得到了廣泛應用。但是在實際測量過程中，系統(tǒng)存在的阿貝誤差嚴重制約了激光外差干涉直線度測量方法測量精度的提高。本論文依托國家自然科學基金項目“誤差補償式激光偏振干涉直線度及位移測量方法研究”(No：51375461)，就激光外差干涉直線度及其位置測量系統(tǒng)中的阿貝誤差分析及其補償方法進行了相關研究，旨在減小或者消除該測量系統(tǒng)中的阿貝誤差影響，在提高其直線度及其位置測量精度的同時給出了基于該系統(tǒng)的多自由度同時測量方法。 論文綜合分析了激光直線度測量方法和阿貝誤差及其補償方法的國內外研究現(xiàn)狀，介紹了激光外差干涉直線度及其位置同時測量的原理，分析了該方法在測量過程中存在的阿貝誤差產生的原因，設計了具有多自由度檢測及阿貝誤差補償的激光外差干涉直線度及其位置測量系統(tǒng)的光路結構，建立了阿貝誤差的檢測數學模型，利用激光追跡法以及光學幾何法分析了系統(tǒng)直線度測量過程中存在的多自由度參數與探測器接收到的光斑位置之間的映射關系，由此給出了系統(tǒng)六自由度同時測量的表達式，隨后分析了被測導軌的角度誤差對系統(tǒng)直線度及其位置測量結果的影響，提出了直線度及其位置檢測的阿貝誤差補償方法及表達式，，接著設計了信號處理系統(tǒng)，包括激光干涉信號處理以及阿貝誤差檢測信號處理，最后利用Visual Basic語言設計了系統(tǒng)上位機軟件。 為了驗證本論文提出的激光外差干涉直線度測量系統(tǒng)多自由度檢測及阿貝誤差補償方法的可行性，搭建了系統(tǒng)整體實驗裝置，分別進行了以下實驗：(1)單參數檢測與比對實驗，包括俯仰角、偏擺角、滾轉角、水平直線度的檢測及比對。實驗結果：俯仰角檢測結果與Renishaw干涉儀中的角度測量組件的測量結果的偏差最大值為1.586arcsec，標準偏差為0.568arcsec；偏擺角的檢測結果與Renishaw干涉儀中的角度測量組件測量結果的偏差最大值為0.842arcsec，標準偏差為0.352arcsec；滾轉角的檢測結果與WL11電子水平儀的測量結果的偏差最大值為2.692arcsec，標準偏差為1.080arcsec；水平直線度檢測與Renishaw的直線度測量組件的測量結果的偏差最大值為1.869μm，標準偏差為0.735μm。由這些檢測比對結果可知，論文提出的系統(tǒng)的各個參數檢測方法具有可行性且能達到較高的測量精度。(2)阿貝誤差補償實驗，包括被測導軌直線度及其位移的檢測及補償實驗，實驗結果：補償前系統(tǒng)直線度測量結果與Renishaw固定測量鏡法的測量結果的偏差最大值為26.311μm，標準偏差為9.767μm，補償后的系統(tǒng)直線度測量結果與Renishaw的固定干涉鏡法的測量結果的偏差最大值為2.075μm，標準偏差為0.935μm。補償前系統(tǒng)的位移測量結果與PI導軌的定位位置結果的偏差最大值為10.229μm，標準偏差為3.669μm，補償后的系統(tǒng)位移測量結果與PI導軌的定位位置結果的偏差最大值為0.712μm，標準偏差為0.331μm，由此可見論文提出的直線度及位移補償方法具有很好的補償效果，有效的提高了系統(tǒng)直線度及其位置的測量精度。(3)為了驗證系統(tǒng)系統(tǒng)多自由度同時檢測及阿貝誤差補償的重復性，進行了系統(tǒng)重復性測量實驗。三次實驗結果為：偏擺角的標準偏差依次為2.50arcsec、2.23arcsec、2.34arcsec；俯仰角的標準偏差依次為9.00arcsec、9.33arcsec、9.16arcsec；滾轉角的標準偏差依次為3.39arcsec、3.44arcsec、3.29arcsec；水平直線度的標準偏差依次為2.02μm、2.27μm、2.64μm；垂直直線度的標準偏差依次為2.52μm、2.43μm、2.64μm；位移的標準偏差依次為：0.33μm、0.29μm、0.31μm。實驗結果表明系統(tǒng)具有很好的測量重復性。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG83

【參考文獻】

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本文編號：1140630