直线导轨多自由度几何误差同时测量中误差分析与补偿方法的研究

发布时间：2017-10-16 22:31

  本文关键词：直线导轨多自由度几何误差同时测量中误差分析与补偿方法的研究

  更多相关文章： 直线导轨 五自由度 激光准直 误差串扰 误差补偿

【摘要】：摘要：直线导轨是机械制造业中,精密与超精密设备的关键部件。直线导轨的精确度将直接影响着设备的加工精度,对其精度进行精密检测尤为重要。传统测量方法中的单参数测量费时费力,因此需对多自由度误差同时测量进行研究。而多自由度误差同时测量中,各误差项之间不可避免的存在误差串扰,这对测量结果有着十分大的影响,也成为了多自由度误差同时测量中亟待解决的重要问题。 本论文研究了基于双光束基准的除位置误差外的五自由度几何误差同时测量系统,本系统使用氦氖激光器作为光源,各项误差的测量敏感元件分别为角锥棱镜与反射镜,所选用的探测器为位置敏感探测器与四象限探测器。本文的重点工作为对该系统同时测量中产生的误差串扰进行了分析与补偿。本系统中的误差串扰包括偏摆角对水平方向直线度的串扰,俯仰角对竖直方向直线度的串扰,滚转角对水平与竖直方向直线度的串扰,以及滚转角真实值与其测量值之间的函数关系。上述误差均可通过误差补偿模型进行补偿并将其消除,在未对系统进行更加复杂设计的条件下,大幅提高了系统的测量精度。 本论文建立了误差补偿的理论模型,并对系统进行了一系列实验。结果表明系统的稳定性以及重复性较好,测量结果与标准仪器相吻合：补偿后的结果证明了补偿模型是有效的。对直线导轨来说,在实际测量中与电子水平仪与激光干涉仪对比,滚转角补偿后的值与标准值之间的误差小于2",水平方向直线度与竖直方向直线度补偿后的值与各自的标准值之间的误差分别为1.9μm与3.5μm。
【关键词】：直线导轨 五自由度 激光准直 误差串扰 误差补偿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG806
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 问题的提出及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-21
• 1.2.1 多自由度误差同时测量方法的研究现状11-17
• 1.2.2 误差串扰补偿方法的研究现状17-21
• 1.3 本论文的研究目的与研究内容21-23
• 1.3.1 本论文的研究目的21-22
• 1.3.2 本论文的研究内容22-23
• 2 直线导轨五自由度几何误差同时测量系统23-35
• 2.1 各项几何误差的测量原理23-26
• 2.1.1 直线度测量原理23-24
• 2.1.2 二维角度测量原理24-25
• 2.1.3 滚转角测量原理25-26
• 2.2 五自由度几何误差同时测量系统设计26-28
• 2.3 测量系统的构成28-34
• 2.3.1 光路部分28-29
• 2.3.2 光电探测器部分29-32
• 2.3.3 电路部分32-33
• 2.3.4 软件部分33-34
• 2.4 小结34-35
• 3 误差串扰分析及模型建立35-44
• 3.1 偏摆角对水平直线度的串扰35-38
• 3.1.1 理论分析35-37
• 3.1.2 计算机仿真37-38
• 3.2 俯仰角对竖直直线度的串扰38-39
• 3.2.1 理论分析38
• 3.2.2 计算机仿真38-39
• 3.3 滚转角对二维直线度的串扰39-42
• 3.3.1 理论分析39-40
• 3.3.2 计算机仿真40-42
• 3.4 滚转角真实值与滚转角测量值间的关系42-43
• 3.4.1 理论分析42
• 3.4.2 计算机仿真42-43
• 3.5 小结43-44
• 4 测量系统实验结果与分析44-57
• 4.1 稳定性测试44-45
• 4.2 系统标定45-47
• 4.2.1 直线度标定45-46
• 4.2.2 二维角度标定46-47
• 4.3 误差串扰模型的定点验证实验47-51
• 4.3.1 偏摆角对水平直线度的串扰验证47-48
• 4.3.2 俯仰角对竖直直线度的串扰验证48-49
• 4.3.3 滚转角对二维直线度的串扰验证49-50
• 4.3.4 滚转角真实值与其测量值之间的关系50-51
• 4.4 直线导轨测量与误差串扰补偿51-56
• 4.4.1 二维角度测量51-52
• 4.4.2 滚转角的测量与补偿52-55
• 4.4.3 二维直线度的测量与补偿55-56
• 4.5 小结56-57
• 5 误差分析57-65
• 5.1 随机误差57-59
• 5.1.1 空气环境引起的误差57
• 5.1.2 背景光引起的误差57-59
• 5.2 系统误差59-64
• 5.2.1 光束准直误差59
• 5.2.2 光强对探测器分辨率的影响59-60
• 5.2.3 半透半反镜的影响60-62
• 5.2.4 制造误差62-64
• 5.3 小结64-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-69
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果69-71
• 学位论文数据集#@@

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本文编号：1045297