基于QPD的多自由度光學(xué)測(cè)頭研發(fā)及應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)研究的發(fā)展，科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)多自由度測(cè)量技術(shù)提出了高精度和適用性的需求。多自由度測(cè)量技術(shù)已非一般機(jī)械式傳感器所能解決，目前廣泛研究的多自由度測(cè)量系統(tǒng)如激光干涉儀等由于成本高昂、體積大、裝配復(fù)雜等原因限制了其廣泛應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)出一種造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高的多自由度誤差測(cè)量傳感器顯得十分必要。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“功能形面結(jié)構(gòu)與性能的耦合建模與影響機(jī)理研究”(項(xiàng)目編號(hào):51490660/51490661)的支

2、持下，研究一種基于QPD組件和半導(dǎo)體激光器的光學(xué)非接觸式測(cè)量裝置，最多能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時(shí)測(cè)量。
　　本文首先闡述了國(guó)內(nèi)外在多自由度測(cè)量傳感器研究領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)基于各種測(cè)量方法的多自由度測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了比較。然后設(shè)計(jì)了基于光電自準(zhǔn)直原理的四個(gè)自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在自準(zhǔn)直原理的基礎(chǔ)上分離出了一束測(cè)量二維位移的基準(zhǔn)光束。分析了角度測(cè)量

3、對(duì)位移測(cè)量的誤差影響，并提出了解決的辦法，實(shí)現(xiàn)誤差分離。根據(jù)方案搭建了相應(yīng)的光路、設(shè)計(jì)了合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)、完成了硬件電路和上位機(jī)軟件的編寫。
　　通過(guò)對(duì)傳感器的標(biāo)定試驗(yàn)， X方向和Y方向位移在±200μm范圍內(nèi)測(cè)量精度在1μm左右，偏擺角的測(cè)量精度能夠達(dá)到2"，俯仰角的測(cè)量精度能夠達(dá)到3"（在800"量程范圍內(nèi)）。此外還建立了角度偏轉(zhuǎn)對(duì)位移影響的誤差模型，實(shí)現(xiàn)了位移測(cè)量和角度測(cè)量的誤差分離。最后將標(biāo)定好的傳感器用于測(cè)量機(jī)床主軸系統(tǒng)的