直線度是表征各類高端裝備中運動平臺或精密導軌性能的重要幾何參數,直線度的高精度測量是保證高端裝備整體性能的先決條件。本文從國家對高端裝備制造的需求出發(fā),對新型直線度及位移同時測量技術展開研究,提出了一種渥拉斯頓棱鏡移動式激光單頻干涉直線度及位移同時測量方法,設計了一種結合渥拉斯頓棱鏡與半透半反鏡的移動測量鏡,避免了由被測對象旋轉角度變化引起的直線度測量誤差,利用激光單頻干涉測量技術,減小了測量過程中的周期性非線性誤差,實現(xiàn)了直線度及位移的高精度測量。論文主要研究工作和創(chuàng)新點如下:1.以直線度及位移同時測量的實現(xiàn)方法為出發(fā)點,在激光單頻干涉測量技術的基礎上,提出了渥拉斯頓棱鏡移動式直線度及位移同時測量方法,引入正弦加三角波復合調制解調方法來獲取三束測量光束的相位信息,減小了相位檢測過程中的非線性誤差,在不增加任何測量光束的情況下實現(xiàn)直線度及位移的高精度同時測量。2.建立了渥拉斯頓棱鏡旋轉角度變化所引起的直線度測量誤差分析模型,理論研究了渥拉斯頓棱鏡的偏擺角、滾轉角以及俯仰角變化對直線度誤差測量的影響情況,推導得出了直線度測量誤差表達式,并根據表達式提出了直線度測量誤差的消除方法。3.基于... 

【文章來源】：浙江理工大學浙江省

【文章頁數】：98 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２緊湊型四自由度測量系統(tǒng)［２１］??

浙江理工大學碩士學位論文?渥拉斯頓棱鏡移動式激光單頻干涉直線度及位移同時測量方法研究??渥ｙ斯頓ｙ鏡?＼??。?ｎ?ｚ＼??－叫?＼／＾ｉｉ〇。??ＬＶ」?（、、、、、＾Ｖ??Ｓｏ?、、、??雙面平面反射鏡??圖１．３激光外差干涉直線度測量原理Ｉ３５】??如圖１．３所示，渥拉斯頓棱鏡作為測量鏡，跟隨被測對象自Ｓｏ位置運動至Ｓｉ位置。Ｓ０??位置時，渥拉斯頓棱鏡位于測量基準線中心；Ｓｉ位置時，渥拉斯頓棱鏡在垂直于測量軸線??的方向上存在Ａ／？的直線度誤差，此時令兩束測量光束之間的位移差為ＡＬ，由幾何關系可??以推得，直線度誤差可以表示為：??Ａｈ＝從?１－（１）??２ｓｉｎ?６??美國安捷倫公司的５５２９Ａ型激光外差干涉儀［３６１、成都工具所ＭＪＳ系列激光外差干涉??儀［３７］均基于上述原理設計。但是雙面平面反射鏡的回光問題不可忽視，部分測量光束會被??反射進入激光器的激光腔，對光源產生影響。需要注意的是，單頻激光干涉儀受到回光問??題的影響相較于雙頻激光干涉儀更大，回光問題甚至會使單頻激光器因為穩(wěn)頻失鎖而停止??工作，導致單頻激光器受損。??為了解決回光問題，英國Ｒｅｎｉｓｈａｗ公司選擇使用雙直角反射棱鏡代替雙面反射鏡。渥??拉斯頓棱鏡與雙直角反射棱鏡作為直線度測量組件被應用于Ｒｅｎｉｓｈａｗ公司的ＭＬ１０和??ＸＬ８０型號激光干涉儀中，實現(xiàn)直線度誤差的測量［３８１。如圖１．４所示，使用渥拉斯頓棱鏡作??為移動鏡，雙直角反射棱鏡固定，可以實現(xiàn)入射測量光束與返回測量光束的分離，避免回??光問題的出現(xiàn)，從而可以在測量系統(tǒng)中省去回光組件，減小測量系統(tǒng)復雜度的同時也提高??了激光能量的使用效率，在長距離的垂直直線

浙江理工大學碩士學位論文?渥拉斯頓棱鏡移動式激光單頻千涉直線度及位移同時測量方法研究??渥拉斯頓棱鏡?Ｖ／?／??雙直角反射棱鏡??圖１．４Ｒｅｎｉｓｈａｗ直線度組件ｈｘｌ??國立臺北科技大學的Ｌｉｎ．Ｓ．Ｔ提出了一種基于組合測量鏡組的激光直線度干涉儀［３９］。??其光路結構與測量原理分別如圖和圖１．５所示。該直線度干涉儀將一個角錐棱鏡ＣＣ和一??個渥拉斯頓棱鏡Ｗ組合在一起，作為測量鏡跟隨被測對象移動，感測直線度誤差。反射器??ＳＲ由兩個直角棱鏡組成，固定不動，用于將兩束直線度誤差測量光束反射回到渥拉斯頓棱??鏡后重新組合。組合光束的千涉信號由探測器檢測后轉換為直線度誤差。該系統(tǒng)將直線度??誤差的測量靈敏度提升了一倍，在２５０ｍｍ的測量范圍內，直線度誤差的測量標準差達到??０．３２６ｎｍ，測量重復性達到ｌｕｍ。??我??ＳＲ??圖１．５基于組合測量鏡組的激光直線度干涉儀光路結構［３９］??該團隊還提出了一種基于低相干光源的直線度干涉儀［４（＞］，其光路結構如圖１．６所示。??該直線度干涉儀同樣使用渥拉斯頓棱鏡來產生兩束直線度誤差測量光束，測量光束經過分??析儀Ａ后，在ＣＣＤ相機上產生干涉圖樣。當渥拉斯頓棱鏡沿ｙ軸運動時，由于直線度誤??差的存在，ＣＣＤ相機采集到的干涉條紋圖案中，零階條紋將會偏離原始位置，此時在ｘ軸??方向上驅動渥拉斯頓棱鏡移動，直至干涉條紋圖案中的零階條紋回到原始位置，此時渥拉??斯頓棱鏡在ｘ軸方向上的位移即為垂直直線度誤差。該直線度干涉儀的測量分辨率達到??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國如何實現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉變——基于政府轉型的研究視角[J]. 陳萬靈,盧萬青.  財經科學. 2017(11)
[2]面向高端裝備制造業(yè)的高端制造裝備需求趨勢分析[J]. 張俊,盧秉恒.  中國工程科學. 2017(03)
[3]一種超精密大行程導軌直線度檢測新方法[J]. 徐淼,王新寬,錢林弘.  機床與液壓. 2017(10)
[4]24m大長度計量檢測自動化系統(tǒng)[J]. 楊斌.  計測技術. 2015(S1)
[5]平尺直線度測量系統(tǒng)及其實驗儀器[J]. 陳剛,翟瓊劼,胡禎,孫曉莉,朱緯.  中國測試. 2014(S1)
[6]大跨距、小步距法測量導軌系統(tǒng)的導軌直線度研究[J]. 郭敬濱,李斌.  機械科學與技術. 2013(11)
[7]利用CORDIC算法計算平方根及其FPGA實現(xiàn)[J]. 鄧強.  通信技術. 2013(07)
[8]正弦相位調制自混合干涉大范圍位移測量精度測試與分析[J]. 楊振宇,王鳴,夏巍,郝輝,郭冬梅.  光學學報. 2013(04)
[9]提高我國裝備制造業(yè)國際競爭力的對策[J]. 向一波,鄭春芳.  經濟縱橫. 2013(04)
[10]參數估計誤差對光纖水聽器PGC反正切解調性能的影響[J]. 王凱,施清平,蔣佳佳,戴之光,田長棟,段發(fā)階,張敏,廖延彪.  光電子.激光. 2012(10)

博士論文
[1]激光單頻偏振干涉直線度及位移同時測量技術研究[D]. 樓盈天.浙江理工大學 2018

碩士論文
[1]電光調制雙零差干涉納米位移測量技術研究[D]. 陳周強.浙江理工大學 2018
[2]激光外差干涉長行程精密導軌直線度測量及補償方法研究[D]. 程亮.浙江理工大學 2017
[3]激光外差干涉直線度測量的阿貝誤差分析及補償研究[D]. 徐斌.浙江理工大學 2015
[4]基于雙頻干涉的直線度及其位置測量方法研究[D]. 張恩政.浙江理工大學 2010
[5]圖像法實現(xiàn)導軌直線度測量系統(tǒng)的研究[D]. 李曉蕾.西安理工大學 2007



本文編號：3143160