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基于半导体激光光纤组件的四自由度测量仪的研制

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第一章引言

1.1国内外多自由度测量现状

1.1.1激光干涉测试技术

1.1.2多光束基准法测量技术

1.1.3动态目标全姿态激光跟踪测量

1.1.4多CCD的视觉测量技术

1.1.5利用全息透镜的多自由度测量技术

1.1.6 API公司五自由度测量仪

1.2本论文的研究目标

第二章四自由度测量仪的研制

2.1仪器的总体设计

2.2仪器的测量原理

2.2.1直线度测量原理

2.2.2角度测量原理

2.3测量系统的组成

2.3.1光路部分

2.3.2光电探测器件

2.3.3电路部分

2.3.4软件部分

2.4小结

第三章仪器静态特性实验及分析

3.1仪器的标定

3.1.1直线度的标定

3.1.2角度的标定

3.2仪器的稳定性测量

3.3仪器的重复性实验

3.4仪器的对比性实验

3.4.1定点对比

3.4.2实际导轨测量对比实验

3.5小结

第四章仪器的误差分析

4.1外界环境引起的误差

4.1.1背景光引起的误差

4.1.2空气扰动及温度梯度引起的误差

4.2仪器本身的系统误差

4.2.1光源及准直系统稳定性的影响

4.2.2角度误差对直线度误差的影响

4.3小结

第五章总结

参考文献

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摘要

在精密机械加工行业中导轨直线度和角度误差是影响加工工件质量的重要因素,传统的干涉方法检测过程烦琐而漫长,研制一种能同时测量导轨多自由度误差的仪器具有较大的应用前景。 本论文为即将开展的6自由度同时测量研究搭建了基础平台,即研制了4自由度同时测量仪器。仪器采用半导体激光器单模光纤组件为光源,有效地减少了激光器本身的光线漂移,为直线度和角度的测量提供了高精度和高稳定性的测量基准光线。采用角锥棱镜作为敏感单元并后向反射光束,减小了仪器结构体积。采用四象限探测器和位置敏感探测器作为光电检测器件,通过单片机采集和处理数据,实现了机床导轨四自由度(X、Y方向直线度、偏摆角、俯仰角)的同时测量。仪器具有结构简单、操作方便、测量精度高、实时性强的优点,同时测量头不带电缆,能满足长距离移动测量的要求,并且仪器的成本大大低于国外产品。 本论文完成了器件参数的选择,仪器的光路、电路设计和软件的编写以及仪器的组装调试,并进行了大量的实验以及误差分析。实验结果表明,直线度测量精度在+800μm的范围内达到了1μm,角度测量精度在+600

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