【摘要】：大行程精密工作臺(tái)在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位,工作臺(tái)在加工過程中的運(yùn)動(dòng)誤差直接影響零件的加工精度。為此,本學(xué)位論文通過液晶空間光調(diào)制器(SLM)生成無衍射光,利用無衍射光中心光斑的大小和形狀不隨傳輸距離發(fā)生變化的特性,同時(shí)結(jié)合莫爾條紋的計(jì)量與放大作用,研究了一種針對(duì)工作臺(tái)三自由度(偏擺角、滾轉(zhuǎn)角和俯仰角)運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量方法,主要研究內(nèi)容如下:首先,介紹了無衍射光特性及常見生成方法,分析了軸錐鏡的衍射特性,研究了SLM模擬軸錐鏡理論,實(shí)現(xiàn)了零階貝塞爾光束和空心環(huán)形光束的生成,對(duì)比了軸錐鏡和SLM兩種方式下生成無衍射光的遠(yuǎn)距離傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究了同心圓光柵莫爾條紋理論,分析了莫爾條紋的形狀變化規(guī)律,結(jié)合無衍射光與同心圓光柵的相關(guān)性,分析了無衍射光莫爾條紋的特性,體現(xiàn)了將其引入三自由度測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)。其次,利用SLM作為生成無衍射光的主要元器件,設(shè)計(jì)了無衍射光莫爾條紋三自由度測(cè)量光路。根據(jù)無衍射光中心位置的變化,建立了三自由度運(yùn)動(dòng)誤差數(shù)學(xué)模型,用幾何分析法將偏擺角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角三種運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行分離,實(shí)現(xiàn)了三自由度的同時(shí)測(cè)量。再次,針對(duì)無衍射光莫爾條紋特征,首先采用閾值分割提取光斑中心局部同心圓環(huán)區(qū)域;然后采用邊緣檢測(cè)找到初始圓心集;再對(duì)得到的初始圓心集進(jìn)行聚類分析,確定光斑中心的初始位置;最后通過對(duì)異常點(diǎn)的刪除計(jì)算出更為精確的無衍射光莫爾條紋的中心位置,其定位誤差控制在1 pixel內(nèi)。最后,利用旋轉(zhuǎn)臺(tái)模擬三自由度變化,搭建了無衍射光莫爾條紋三自由度測(cè)量驗(yàn)證系統(tǒng)。設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)并處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到運(yùn)動(dòng)光束光斑中心的偏移情況與理論分析相一致。通過光斑中心的偏移量計(jì)算出實(shí)際角位移,與理論值相比較,角位移誤差不超過0.01°,驗(yàn)證了無衍射光莫爾條紋三自由度測(cè)量系統(tǒng)的可行性與正確性。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

來源然科學(xué)基金：基于無衍射光莫爾條紋大行程工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤05143) 。背景、目的及意義精密工作臺(tái)在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位，而直接影響零件的加工精度與測(cè)量精度[1]。當(dāng)工作臺(tái)工作時(shí)度的原因，運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生微小的角運(yùn)動(dòng)誤差，并且隨的行程不斷增大，這種運(yùn)動(dòng)誤差也會(huì)增大。所以直線導(dǎo)軌零件的精度，對(duì)直線導(dǎo)軌的精度進(jìn)行精密測(cè)量是保證其高要方法。為了提高加工與裝配精度，通常采用補(bǔ)償?shù)姆绞侥軌驒z測(cè)出工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的微小線位移與角位偏擺角

D2 D圖 1.7 單光束反射式Bruce L 等人[32]提出了一種雙光束平行準(zhǔn)直光由兩個(gè)光源發(fā)射，并分別入射測(cè)器上。D1 和 D2 是透明探測(cè)器，根據(jù)信息可以計(jì)算出五自由度運(yùn)動(dòng)誤差大小因?yàn)橐苿?dòng)頭帶有電纜。激光器1激光器2ABD2

相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，并且無衍射距離遠(yuǎn)大于相應(yīng)初始半徑高產(chǎn)生高質(zhì)量的近似貝塞爾光束，一直是研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)法[27]、全息法[42]、諧振腔法[43]、球面像差法[44, 45]、軸無衍射光的產(chǎn)生方法中，環(huán)縫法和諧振腔法結(jié)構(gòu)簡單，的能量利用率不高；全息法結(jié)構(gòu)簡單，能量利用率也較要求較高；球面像差法的能量利用率高，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用率高，結(jié)構(gòu)簡單，但是對(duì)加工精度的要求較高。相比加工成本低和能量利用率高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于無衍無衍射光產(chǎn)生方法中最簡單實(shí)用的。錐鏡的衍射特性鏡能將光線連續(xù)地會(huì)聚到沿軸線不同位置上，被廣泛的軸錐鏡主要分為正向軸錐鏡和反向軸錐鏡，由圖 2.1 的離內(nèi)，正向軸錐鏡對(duì)光束有會(huì)聚作用，反向軸錐鏡對(duì)光

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2795843