直線導(dǎo)軌激光六自由度幾何運(yùn)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(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床、加工中心和坐標(biāo)測量機(jī)等高精密加工和測量設(shè)備的重要組成部件，其制造和裝配誤差是影響上述設(shè)備加工和測量精度的主要因素。激光干涉儀是檢測直線導(dǎo)軌幾何運(yùn)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(jī)床多誤差快速高精度測量的要求。因此，本領(lǐng)域亟待解決的問題和發(fā)展趨勢是發(fā)展一種直線導(dǎo)軌六自由度幾何運(yùn)動誤差同時測量的方法及相應(yīng)的儀器設(shè)備，顯著提高數(shù)控機(jī)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(guān)研究的基礎(chǔ)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(jī)床直線導(dǎo)軌幾何運(yùn)動誤差檢測的六自由度誤差同時測量的方案，研制了相應(yīng)的測量儀器，通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)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(zhǔn)直結(jié)合的六自由度幾何運(yùn)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(bǔ)償?shù)姆椒ā８鶕?jù)所提出的測量原理

3、進(jìn)行了光路結(jié)構(gòu)、信號處理單元和測量軟件的設(shè)計(jì)，研制了基于He-Ne雙頻激光器和單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器的測量系統(tǒng)。通過一系列實(shí)驗(yàn)對所研制的測量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角測量的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(jī)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(zhǔn)直結(jié)合的六自由度幾何運(yùn)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(jìn)行了光路結(jié)構(gòu)、硬件和軟件的設(shè)計(jì)，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(shí)驗(yàn)對所研制的測量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角測量的重復(fù)性誤差分別為±0.15μm、±0.18"、±0.24"、±0.35"，證明了保偏光纖的應(yīng)用對提升系統(tǒng)測量精度和熱穩(wěn)定性的有效性，驗(yàn)證了該系統(tǒng)適用于高精密數(shù)控機(jī)床的檢測。
　　3.討論了六自由度幾何運(yùn)動誤差同時測量系統(tǒng)的誤差構(gòu)成并詳細(xì)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(biāo)定實(shí)驗(yàn)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