文档介绍：长春理工大学
硕士学位论文
基于激光位移传感器的工件角度测量系统的研究
姓名:孙冶
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:刘国军;朱万彬
20100601
要摘当今工件角度测量系统在机械加工领域具有较强烈需求,因此对工件的角度的测量在机械制造、装调业中具有重妥意义。目前,采用干涉仪、自准直望远镜、转台等测量方法已经很成熟,能基本满足机械加工企业生产的需要。但是对有些工件的角度的测量,以上方法相对比较复杂。本论文在分析传统的工件角度测量方法的基础上,设计了一种利用高精度激光位移传感器测量工件角度的新方法。该方法利用激光位移传感器测量被测工件两个相交面二面角直线的二维坐标,结合直线方程求出其工件角度的计算表达式,从而获得被测工件两个面的角度。在详细分析了不同结构的激光位移传感器光学探头的特点的基础上,对其光学系统以及光电探测器进行了简单的介绍。在此基础上,根据角度测量系统结构要求选择了一种直射式的激光位移传感器光学探头。其次,建立了角度测量系统的测量数学模型,并对该模型进行了误差理论分析和数值模拟;此外,分析了影响系统测量精度的各种因素,并给出了相应的减小测量误差的补偿措施。最后,在实验室内搭建实验平台进行实验,对实验结果进行分析讨论,并就实际测量中遇到的主要问题及影响测量精度的主要因素进行了详细分析,给出了相应的解决方案。关键词:工件角度测量激光位移传感器直线方程
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第一章绪论角度测量方法概述当今工件角度测量系统在机械加工领域具有较强烈需求,因此对工件的角度的测量在机械制造、装调业中具有重要意义。高精度角度测量在工件的角度测量中有着举足轻重的作用,按照工件与测量装置位置可以分为接触式测量和非接触式测量。非接触式测量是采用光学等方法,在测量时不存在接触问题,能够实现对角度测量的高速性,减轻对被测表面的损伤尤其是高精度工件的损伤。使得非接触测量有很大的优点,近年来发展迅速。但是也有人认为,要想实现精确测量,测量的稳定性接触式测量是必须的。到底接触式和非接触式测量方法那种方法为更好,在测量领域的科技人员中一直存在争论。.哟ナ讲饬糠椒所谓的接触式测量是测量时测试仪器与被测工件的测量面直接接触,在测量时测头有可能伤及工件表面。在接触式测量中,三坐标测量机是角度测量的常用的测量仪器。三坐标测量正在开发能够适应测量环境变化的新机种,这种新型三坐标测量机在保持原有精密测量性能的前提下,可以离开恒温恒湿的测量室,在机械殖』蜃配到机床上使用。还有一种常用的接触式测量方式即测角器,它是采用万能测角仪与工件直接靠紧,通过测角仪上指示刻度实现工件的测量。.墙哟ナ焦庋Р饬糠非接触式测量通常采用光学的方法实现。采用光学方法实现角度测量的方法有许多,有自准直测微望远镜法、多面棱镜法、激光干涉仪法、光学编码器法、及环形激光法等。这些方法主要应用于小角度的精密测量的场合,而且测量精度很高。下面介绍主要常用的几种角度测量的光学方法:补庹げ饬拷嵌圆光栅是角度测量中最常用的器件之一,也是测量精度非常高的一种方法,将圆光栅固定在转台的轴上,使其可以与转台同时运动,通过判断圆光栅转过的栅距数可以推算出角度,转过的栅距数可以通过两片圆光栅叠加形成的莫尔条纹读出来。目前我国角度基准即采用这种方法标定,采用的圆光栅为韵撸虼俗詈蟮玫浇嵌分辨率为秒,总的测量不确定度为簟U庵址椒ㄔ诰蔡饬渴蹦芄蛔龅礁精确度、高稳定度、高可靠性,但是在动态测量中精度迅速下降。す獠饬拷嵌激光测量角度根据所测角度的大小,可分为小角度测量、大角度测量、任意角度测量等。
角度测量方法的研究现状对于小角度可以采用光学内反射原理进行测量,主要用来测量光楔,其基本原理是不同角度入射光会发生内反射,根据探测反射光的反射率,从而可以推算出角度,采用这种原理所做出的仪器体积可以很小,成本较低,但是相应测测量范围也非常的小,只能用来测量小角度,经过验证,》。在基本原理上经过改进,采用全内反射外差干涉的方法,测量范围能够到。,这时分辨率能到Ⅳ,分辨率相当高。另外可以采用激光干淡的方法测量小角度,它以迈克尔逊干涉仪历埋为基础,通过转换将角度的变化换算成长度的变化量进行测量。经角锥反射的测试光,它的光程会随着角锥主动发生变化,导致光程差发生变化,从而可以观察到干涉条纹偏移,根据干涉条纹的偏移,可以推算出转过的角度。为了降低环境噪声对干涉测量结果的影响,可以采用光外差的方法,将光源换成双频激光,采用这种方法测量角度的分辨率对于任意角度的测量可以采用环形激光,它通过环形激光器在两个时间内的拍频数得出激光转过的角度,该技术测角的最大优点是容易实现自校,精度相当高,能够到撬荒苁迪侄饬浚杀靖摺对于定值角度测量可以用干涉仪的方法实现,用标准定值角取