直線導軌激光六自由度幾何運動誤差同時測量方法與系統(tǒng)的研究.pdf

1、直線軸或直線導軌是數(shù)控機床、加工中心和坐標測量機等高精密加工和測量設備的重要組成部件，其制造和裝配誤差是影響上述設備加工和測量精度的主要因素。激光干涉儀是檢測直線導軌幾何運動誤差的常用儀器，但是其測量效率極低且無法滿足數(shù)控機床多誤差快速高精度測量的要求。因此，本領域亟待解決的問題和發(fā)展趨勢是發(fā)展一種直線導軌六自由度幾何運動誤差同時測量的方法及相應的儀器設備，顯著提高數(shù)控機床的檢測效率和精度。
　　為了解決上述問題，本論文在綜合分析

2、了國內(nèi)外相關研究的基礎上，依據(jù)小型化和高集成度的原則，提出了兩種可用于數(shù)控機床直線導軌幾何運動誤差檢測的六自由度誤差同時測量的方案，研制了相應的測量儀器，通過一系列實驗驗證了所研制的測量系統(tǒng)的可靠性和有效性。
　　概括起來，本學位論文的主要工作及創(chuàng)新有:
　　1.提出了一種基于激光干涉和激光準直結合的六自由度幾何運動誤差同時測量的方法，分析了各自由度幾何誤差的測量原理并介紹了共路光線漂移測量和補償?shù)姆椒?。根?jù)所提出的測量原理

3、進行了光路結構、信號處理單元和測量軟件的設計，研制了基于He-Ne雙頻激光器和單模光纖耦合的半導體激光器的測量系統(tǒng)。通過一系列實驗對所研制的測量系統(tǒng)的性能進行了評估，實驗結果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉角測量的標準偏差分別為0.8μm、0.5μm、0.5"、0.5"、1"，在700mm的測量范圍內(nèi)重復性誤差的最大偏差分別為±0.6μm、±1.2μm、±1"、±0.8"、±1.8"，證明了該系統(tǒng)能滿足精密數(shù)控機床的檢

4、測要求。
　　2.提出了一種基于外差干涉和激光光纖準直結合的六自由度幾何運動誤差同時測量方法。提出了基于單根保偏光纖傳輸雙頻激光的外差干涉位置誤差測量。根據(jù)所提出的測量原理進行了光路結構、硬件和軟件的設計，研制了利用單根保偏光纖耦合的He-Ne雙頻激光器的測量系統(tǒng)。通過一系列實驗對所研制的測量系統(tǒng)的性能進行了評估，實驗結果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉角測量的穩(wěn)定性誤差分別為31.1nm、60nm、0.04"、

5、0.03"、0.29"，直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉角測量的重復性誤差分別為±0.15μm、±0.18"、±0.24"、±0.35"，證明了保偏光纖的應用對提升系統(tǒng)測量精度和熱穩(wěn)定性的有效性，驗證了該系統(tǒng)適用于高精密數(shù)控機床的檢測。
　　3.討論了六自由度幾何運動誤差同時測量系統(tǒng)的誤差構成并詳細分析了直線度誤差測量的系統(tǒng)誤差。根據(jù)理論分析和基于控制變量法的標定實驗提出了一種修正測量分辨率變化的方法。利用棱鏡展開原理和矩陣光線追