激光干涉式大量程表面轮廓仪的研制

发布时间：2017-05-28 20:11

  本文关键词：激光干涉式大量程表面轮廓仪的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：接触式测量是目前工程表面测量中应用最为广泛的一种。但传统的接触式测量仪存在测量范围小、精度低、参数少、测量方式不灵活等缺点。而在工程应用中,很多工件的重要工作表面都是具有曲率的表面,这些曲面的表面特征对使用性能有着非常重要的作用。对曲面表面形貌的测量不但要测量表面粗糙度,同时也要测量表面波度和形状误差,这就要求轮廓仪应同时具有高精度和大的量程。为此,研制具有大量程、高精度、多参数的激光干涉式大量程表面轮廓仪非常必要。本文的主要研究内容与工作如下: 在激光干涉原理的基础上,对影响干涉条纹的因素进行了分析,并在迈克尔逊干涉原理基础上设计了本测量仪的光学传感部分。同时分析了由于角锥棱镜的光学特性引起的光程差与被测量之间的非线性关系,并提出了补偿办法。 通过实验和理论论证,提出了对干涉条纹信号光电接收的简单有效方法,并建立了修正干涉条纹正交信号的数学模型。研制了干涉条纹细分辨向计数电路,并用12位A/D转换实现干涉条纹纳米级细分处理。 应用虚拟仪器技术,开发出基于LabWindows/CVI平台的仪器驱动器,编制了具有虚拟仪器面板、功能齐全的应用程序。可方便的设置测量参数,自主选取拟合和滤波方式,给出了二维粗糙度的全部评定参数和三维粗糙度部分评定参数和相关图形显示,并可方便地打印输出。 通过对多刻线样板的测量及对滚动轴承内外圈滚道、滚动体等工件的曲面进行的测量,验证了仪器的精度及实用性。仪器的测量范围为±3mm,垂直分辨率为0.01μm 。
【关键词】：激光干涉测量 虚拟仪器 粗糙度评定参数
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH89
【目录】：

• 摘 要 3-4
• Abstract 4-7
• 1 概论7-14
• 1.1 研制仪器的目的和意义7
• 1.2 表面测量技术及测量仪器的发展7-11
• 1.3 表面评定参数的发展11-12
• 1.4 虚拟仪器的发展12
• 1.5 本文的主要工作12-14
• 2 仪器的整体结构和光学系统设计14-21
• 2.1 仪器整体结构设计和工作原理14-15
• 2.2 光学传感结构设计15-18
• 2.3 影响干涉条纹间隔宽度的因素分析18-19
• 2.4 光源的选择19
• 2.5 光路中光学元件的要求19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 3 干涉条纹处理方法及硬件处理电路研究21-31
• 3.1 电路整体功能设计21
• 3.2 光电信号处理技术21-24
• 3.3 数字信号处理技术24-27
• 3.4 A/D细分和与计算机的通讯27-30
• 3.5 本章小结30-31
• 4 虚拟仪器用户程序设计31-38
• 4.1 LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台31
• 4.2 基于LabWindows/CVI的应用程序设计31-37
• 4.3 本章小结37-38
• 5 拟合和滤波的数学模型38-43
• 5.1 最小二乘直线法38
• 5.2 最小二乘中位面法38-40
• 5.3 最小二乘圆法40-41
• 5.4 最小二乘多项式法41-42
• 5.5 本章小结42-43
• 6 误差分析与实验43-54
• 6.1 被测高度与光程差之间误差分析和补偿43-47
• 6.2 干涉条纹信号实时质量分析47-49
• 6.3 工作台轨迹误差及其分离49-50
• 6.4 仪器的精度测试50-51
• 6.5 应用测量51-53
• 6.6 本章小结53-54
• 7 总结与展望54-56
• 7.1 全文总结54-55
• 7.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录1 攻读学位期间发表学术论文目录60-61
• 附录2 光路结构与被测工件实物图61-62
• 附录3 电路实物图62-63
• 附录4 单片机与计算机通讯程序框图63

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 肖刚;谢铁邦;王选择;;一种以柱面全息光栅为标准器的大量程表面形貌测量仪[J];机床与液压;2005年11期

2 肖刚,谢铁邦,王选择;一种小型相位光栅干涉式(PGI)微位移传感器[J];计量技术;2005年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 崔天刚;WolterⅠ型反射镜面形检测及成像性能检测研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 侯伟斌;汽缸垫冲压件二维形貌检测仪设计[D];长春理工大学;2011年

2 吴辛;行波型超声电机的摩擦磨损实验装置和磨损实验研究[D];南京航空航天大学;2009年

3 肖刚;计量型微位移精密工作台的研制[D];华中科技大学;2005年

4 朱定见;三维整体切割式测量头系统的研究[D];华中科技大学;2005年

5 徐红;接触式台阶高度测量数据分析及处理系统研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 廖艳春;表面形貌测量中计量型工作台及参数评定研究[D];华中科技大学;2006年

7 孙艳玲;基于垂直位移扫描的表面轮廓综合测量仪[D];华中科技大学;2006年

8 邹华东;数字伺服聚焦表面轮廓仪的研制[D];华中科技大学;2006年

9 王进华;一种光栅干涉测角系统的研究[D];华中科技大学;2009年

  本文关键词：激光干涉式大量程表面轮廓仪的研制，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：403382