基于点衍射干涉的三维绝对测量系统研究及其改进

发布时间：2020-08-13 15:30

【摘要】：随着三维绝对位移系统的不断研究,很好的满足了高速发展的工业测量需求。基于点衍射干涉的三维测量系统以其便携性和实时性功能为无导轨三维测量提供了一种可行的方法。本文针对仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统在与条纹平行的横向方向上有着测量精度差的问题,提出了基于双路点衍射干涉的三维绝对测量系统。主要研究内容如下:(1)介绍了单路点衍射干涉系统模型,通过三维绝对测量数学原理以及数学模型分析,得到仅一个光纤对的点衍射干涉系统存在的横向两个正交方向上的位移灵敏度不同的问题,提出双路点衍射干涉系统的整体设计,并概述了整个实验的测量流程。(2)对快速粒子群算法进行了优化以及最优参数的设置,将搜索方案进行了改进以提高系统在实际应用中抗干扰能力、测量精度和速度。仿真对比了单路与双路点衍射干涉系统的测量精度。在加入5nm随机噪声的仿真中,双路点衍射干涉系统同时实现了三个方向上优于亚微米量级测量。(3)分析了基于双路点衍射干涉技术的三维绝对测量系统的实际测量范围与理论上三维绝对位移测量范围没有限制情况不符的几个主要因素,包括光纤点衍射波前孔径角、CCD性能、激光器功率和探头结构等。(4)根据理论仿真设计搭建了双路点衍射干涉系统的硬件平台,设计加工了亚微米孔径光纤探头并根据系统流程设计了基于MATLAB的软件平台,最后与海克斯康三坐标测量机的进行了比对实验。通过对系统模型、测量光路、测量探头以及重构算法的改进,本文提出的双路点衍射干涉系统很好的解决单路点衍射干涉系统三个方向存在测量精度不一致问题,最终实现三个方向上微米量级的测量。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;O436.1
【图文】：

的背景及意义业的飞速发展，为达到高精度以及快速测技术[1-4]。三坐标测量机就是一种高精度的障的重要手段，在定位、逆向工程以及尺图 1.1 所示为一种常见的三坐标测量机。但度价格昂贵的长导轨以及高平面度的大理同时，三坐标测量机属于精密仪器，选择尺寸、重量以及周围环境状况[8]。在三坐放置于大理石平台上，而在实际加工生产，更重要的是还有一些测量目标无法搬到成本及维护费用昂贵，故限制了其应用与庞大，重量大等原因，不能满足大型测量

2图 1.2 API Radian 激光跟踪仪光学测量方法的不断发展，其中用最为普遍。结构光测量方法主编码，对采集到结构光图案进行标表面三维坐标的测量[11]。双目，通过双目对三维场景存在的视一像点的精确快速匹配[12]。相关不够成熟，精度相对于三坐标机在较大差距。国内的厂家和研究难，无法实现推广应用。为了能，发展无导轨三维测量，实现便标。

图 1.3 绝对位移测量分类测量法主要包含脉冲法[13-15]和相位差法[16-18]。脉冲测距往返时间的差来获得被测目标距离。激光经过瞄准准直标反射回来后，被接收器采集。设光速为 c，从发出到接时间差 t，则被测目标到测量仪器之间的间距 L 为：1.2L ct钟频率为 f，读数为 n，距离 L 为：1.2 2cnL ctf 距法主要对激光来回时间的测量，应用于远距离测量（高（大于 1m），测量距离主要由激光发出的功率以及光定，而且测量得到的时间间隔测量的精度就决定测量距测距法是对发射出的调制光以及被测量目标反射获得的

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本文编号：2792187