直線導(dǎo)軌激光六自由度幾何運(yùn)動(dòng)誤差同時(shí)測(cè)量方法與系統(tǒng)的研究.pdf

1、直線軸或直線導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床、加工中心和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等高精密加工和測(cè)量設(shè)備的重要組成部件，其制造和裝配誤差是影響上述設(shè)備加工和測(cè)量精度的主要因素。激光干涉儀是檢測(cè)直線導(dǎo)軌幾何運(yùn)動(dòng)誤差的常用儀器，但是其測(cè)量效率極低且無(wú)法滿足數(shù)控機(jī)床多誤差快速高精度測(cè)量的要求。因此，本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展一種直線導(dǎo)軌六自由度幾何運(yùn)動(dòng)誤差同時(shí)測(cè)量的方法及相應(yīng)的儀器設(shè)備，顯著提高數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)效率和精度。
　　為了解決上述問(wèn)題，本論文在綜合分析

2、了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)小型化和高集成度的原則，提出了兩種可用于數(shù)控機(jī)床直線導(dǎo)軌幾何運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)的六自由度誤差同時(shí)測(cè)量的方案，研制了相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所研制的測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和有效性。
　　概括起來(lái)，本學(xué)位論文的主要工作及創(chuàng)新有:
　　1.提出了一種基于激光干涉和激光準(zhǔn)直結(jié)合的六自由度幾何運(yùn)動(dòng)誤差同時(shí)測(cè)量的方法，分析了各自由度幾何誤差的測(cè)量原理并介紹了共路光線漂移測(cè)量和補(bǔ)償?shù)姆椒?。根?jù)所提出的測(cè)量原理

3、進(jìn)行了光路結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理單元和測(cè)量軟件的設(shè)計(jì)，研制了基于He-Ne雙頻激光器和單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器的測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)所研制的測(cè)量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.8μm、0.5μm、0.5"、0.5"、1"，在700mm的測(cè)量范圍內(nèi)重復(fù)性誤差的最大偏差分別為±0.6μm、±1.2μm、±1"、±0.8"、±1.8"，證明了該系統(tǒng)能滿足精密數(shù)控機(jī)床的檢

4、測(cè)要求。
　　2.提出了一種基于外差干涉和激光光纖準(zhǔn)直結(jié)合的六自由度幾何運(yùn)動(dòng)誤差同時(shí)測(cè)量方法。提出了基于單根保偏光纖傳輸雙頻激光的外差干涉位置誤差測(cè)量。根據(jù)所提出的測(cè)量原理進(jìn)行了光路結(jié)構(gòu)、硬件和軟件的設(shè)計(jì)，研制了利用單根保偏光纖耦合的He-Ne雙頻激光器的測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)所研制的測(cè)量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)位置誤差、直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角測(cè)量的穩(wěn)定性誤差分別為31.1nm、60nm、0.04"、

5、0.03"、0.29"，直線度誤差、俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角測(cè)量的重復(fù)性誤差分別為±0.15μm、±0.18"、±0.24"、±0.35"，證明了保偏光纖的應(yīng)用對(duì)提升系統(tǒng)測(cè)量精度和熱穩(wěn)定性的有效性，驗(yàn)證了該系統(tǒng)適用于高精密數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)。
　　3.討論了六自由度幾何運(yùn)動(dòng)誤差同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的誤差構(gòu)成并詳細(xì)分析了直線度誤差測(cè)量的系統(tǒng)誤差。根據(jù)理論分析和基于控制變量法的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)提出了一種修正測(cè)量分辨率變化的方法。利用棱鏡展開(kāi)原理和矩陣光線追