无线USB通信式长距离双导轨激光准直仪

论文摘要

近年来,以准直激光束作为直线基准的测量方法得到了很大发展,激光准直技术在直线度、同轴度、平面度、平行度等形位误差测量中得到了广泛的应用。然而,目前国内长距离双导轨的检测仍采用水平泡,千分尺等传统的测量工具和手工操作方法,测量精度很难得到提高。针对目前国内长距离双导轨测量中存在的问题,本课题设计了一种新型双导轨激光准直仪。激光器发出的一束光经棱镜分成平行的两束光,分别投射到两导轨的PSD靶标上,当靶标在导轨上滑动时,导轨的直线度误差反映为PSD上光点位置的变化,数据测量子系统实时计算出光点的位置坐标,并在液晶模块上显示。结合无线通信技术和USB技术的优点,设计无线USB通信系统,选用射频芯片nRF905和USB接口模块USB100,完成数据从测量单片机到计算机的传输。光点的位置坐标在液晶上显示的同时,还以射频方式发给无线通信基站,无线通信基站通过USB接口把数据传输给计算机,由LabVIEW编写的计算机应用程序,完成从USB接口读取数据、保存测量数据和计算导轨直线度误差等工作。采用小型化、低功耗的器件设计数据测量子系统,并用锂电池给数据测量子系统供电,实现了仪器便携化和测量便捷化。通过光路标定、稳定性、重复性和现场长导轨测量等一系列实验,实验结果表明,仪器能够正常工作,性能、指标均已达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 激光准直技术
• 1.1.1 激光准直技术概述
• 1.1.2 激光准直技术应用现状
• 1.2 课题背景
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 PSD 工作原理与仪器基本构成
• 2.1 PSD 工作原理
• 2.1.1 PSD 与CCD 比较
• 2.1.2 PSD 结构及其工作原理
• 2.2 仪器基本构成
• 2.3 本章小结
• 第三章 机械结构设计
• 3.1 光源和分光器
• 3.1.1 光源
• 3.1.2 分光器
• 3.1.3 光源与分光箱体
• 3.2 转向器
• 3.2.1 五角棱镜光学特性
• 3.2.2 五角棱镜角安装度误差影响分析
• 3.2.3 五角棱镜调整台
• 3.2.4 转向箱体
• 3.3 箱体连接
• 3.4 靶标
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件电路设计
• 4.1 锂电池及其充电电路
• 4.1.1 锂电池
• 4.1.2 锂电池充电电路
• 4.1.3 升压电路
• 4.2 数据测量子系统
• 4.2.1 IV 变换、放大电路
• 4.2.2 PIC 单片机
• 4.2.3 无线模块
• 4.2.4 液晶模块
• 4.2.5 电源转换电路
• 4.3 无线通信基站
• 4.3.1 USB100 模块
• 4.3.2 逻辑电平转换电路
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件设计
• 5.1 数据测量子系统程序设计
• 5.1.1 四路AD 转换程序
• 5.1.2 XY 坐标值运算程序
• 5.1.3 无线发送程序
• 5.1.4 液晶显示程序
• 5.2 无线通信基站程序设计
• 5.2.1 无线接收程序
• 5.2.2 USB100 通信程序
• 5.3 用户程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验及误差分析
• 6.1 直线度误差评定
• 6.2 实验及结论
• 6.2.1 双光路基准标定实验
• 6.2.2 测量子系统精度实验
• 6.2.3 稳定性实验
• 6.2.4 重复性实验
• 6.2.5 无线USB 通信实验
• 6.2.6 整机现场双导轨实验
• 6.3 误差来源分析
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢