基于頻率掃描的絕對距離干涉測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空航天、船舶工業(yè)、大型裝備制造業(yè)等多個行業(yè)的不斷發(fā)展，大型機械裝備的零件尺寸達到幾百毫米到幾米，對零件裝配的定位精度達到幾十微米以下。在裝配應(yīng)用中，大多采用激光跟蹤儀進行測量，絕對距離測量技術(shù)是激光跟蹤儀中的重要技術(shù)。本文討論了不同類型的絕對距離激光測距方法及其優(yōu)缺點，并針對基于頻率掃描測量方法的激光干涉絕對距離測量技術(shù)進行了深入的研究與探索，分析了基于頻率掃描法的干涉測量系統(tǒng)的原理及其技術(shù)特點,研制了一種基于頻率掃描的絕對距離干

2、涉測量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下：
　　1）設(shè)計一種基于頻率掃描的絕對距離干涉測量系統(tǒng)。針對頻率掃描干涉測量中激光頻率掃描范圍難以直接測量的問題，采用參考干涉儀作為測量基準來避免對頻率掃描范圍的測量。本文對影響測量精度的主要因素進行了分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了高速同步干涉信號采集與處理單元，提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法，設(shè)計了參考干涉儀恒溫控制單元，并搭建了實驗平臺，驗證系統(tǒng)整體的性能。
　　2）設(shè)計高速同步干涉信號采

3、集與處理單元。由于參考和測量干涉儀的干涉信號的非同步測量會引入測距誤差，需要同步采集參考和測量干涉儀的干涉信號并同步處理同步輸出，實現(xiàn)對干涉相信號的20MHz高速同步采集與高分辨力解算。
　　3）提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法。直接根據(jù)距離計算公式選擇某兩個時刻的相位變化計算被測距離的測量精度較低，且數(shù)據(jù)利用率較低。基于參考干涉儀與測量干涉儀相位的線性關(guān)系提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法，減小了相位測量誤差對

4、距離測量精度的影響。
　　4）設(shè)計參考干涉儀恒溫控制單元抑制材料熱膨脹對參考長度的穩(wěn)定性的影響。參考干涉儀的所有器件固定在金屬底板上，受到溫度影響產(chǎn)生熱膨脹會導(dǎo)致參考長度的穩(wěn)定性變差。設(shè)計了基于MSP430單片機和半導(dǎo)體制冷器(TEC)的溫度控制系統(tǒng)。
　　基于上述研究內(nèi)容，搭建了基于頻率掃描的絕對距離干涉測量系統(tǒng)，對關(guān)鍵技術(shù)單元和測距系統(tǒng)特性參數(shù)進行了測試，并與UOI-S500單頻干涉儀進行比較。實驗結(jié)果表明：在200mm