基于QPD的多自由度光學(xué)測頭研發(fā)及應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)研究的發(fā)展，科學(xué)實驗和工業(yè)生產(chǎn)對多自由度測量技術(shù)提出了高精度和適用性的需求。多自由度測量技術(shù)已非一般機(jī)械式傳感器所能解決，目前廣泛研究的多自由度測量系統(tǒng)如激光干涉儀等由于成本高昂、體積大、裝配復(fù)雜等原因限制了其廣泛應(yīng)用，因此設(shè)計出一種造價低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度高的多自由度誤差測量傳感器顯得十分必要。本文在國家自然科學(xué)基金重大項目“功能形面結(jié)構(gòu)與性能的耦合建模與影響機(jī)理研究”(項目編號:51490660/51490661)的支

2、持下，研究一種基于QPD組件和半導(dǎo)體激光器的光學(xué)非接觸式測量裝置，最多能夠?qū)崿F(xiàn)四個自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時測量。
　　本文首先闡述了國內(nèi)外在多自由度測量傳感器研究領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，對基于各種測量方法的多自由度測量技術(shù)進(jìn)行了比較。然后設(shè)計了基于光電自準(zhǔn)直原理的四個自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在自準(zhǔn)直原理的基礎(chǔ)上分離出了一束測量二維位移的基準(zhǔn)光束。分析了角度測量

3、對位移測量的誤差影響，并提出了解決的辦法，實現(xiàn)誤差分離。根據(jù)方案搭建了相應(yīng)的光路、設(shè)計了合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)、完成了硬件電路和上位機(jī)軟件的編寫。
　　通過對傳感器的標(biāo)定試驗， X方向和Y方向位移在±200μm范圍內(nèi)測量精度在1μm左右，偏擺角的測量精度能夠達(dá)到2"，俯仰角的測量精度能夠達(dá)到3"（在800"量程范圍內(nèi)）。此外還建立了角度偏轉(zhuǎn)對位移影響的誤差模型，實現(xiàn)了位移測量和角度測量的誤差分離。最后將標(biāo)定好的傳感器用于測量機(jī)床主軸系統(tǒng)的