大尺寸工件直径光电检测技术研究

论文摘要

针对大型工件直径检测的特点和难点,本文基于激光光三角位移检测技术、光栅位移检测技术、精密机械技术和计算机实时控制与数据处理技术,提出了一种用于大型回转体工件内、外径和形位误差非接触在线检测方法,并研制了大型工件光电检测系统。文中详细论述了系统的组成、总体结构、检测原理与方法。利用光电检测方法,文中提出了“单套半导体激光测头移动和旋转与光栅位移检测系统相结合的检测方案”,并设计了相应的检测系统。文中对半导体激光测头的激光光三角位移检测原理、光学系统设计和光电位置传感器PSD的工作原理与特点,光栅位移检测原理、精密机械系统和计算机控制与数据处理系统进行了详细的论述。详细分析了系统的主要误差来源及其对系统检测精度的影响,并给出误差分析结论。通过实验对检测系统的精度和可行性进行了验证,实验结果表明,检测系统的内、外径检测精度优于±0.05mm,形位误差优于±0.05mm,重复性精度优于±0.004mm,能够满足大型工件直径的检测要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 光电检测技术现状及发展趋势
• §1.3 课题来源、研究目的及意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究目的及意义
• §1.4 大直径检测的国内外现状
• §1.5 本文研究的主要内容及主要技术指标
• 1.5.1 本文研究的主要内容
• 1.5.2 系统主要技术指标
• 第二章 总体设计方案
• §2.1 总体设计思想
• §2.2 系统的组成与总体结构的布局
• 2.2.1 系统的组成
• 2.2.2 系统总体结构
• 2.2.3 系统基本功能特点:
• §2.3 系统检测原理
• 2.3.1 工件外径与内径的检测原理
• 2.3.2 圆度误差检测原理
• 2.3.3 同轴度误差检测原理
• 第三章 光电检测系统与原理
• §3.1 激光三角法位移检测技术
• 3.1.1 工作原理的理论分析
• 3.1.2 测量系统设计
• 3.1.3 光源及敏感器PSD的选择
• §3.2 光栅位移检测技术
• 3.2.1 光栅位移检测基本原理
• 第四章 精密机械系统设计
• §4.1 精密位移电控平移台
• §4.2 精密电控旋转台
• §4.3 步进电机控制器
• §4.4 测杆设计
• §4.5 联接件设计
• 第五章 电学系统硬件设计和计算机控制
• §5.1 激光测头的电学控制系统
• 5.1.1 电学系统框图
• 5.1.2 PSD前置处理电路
• 5.1.3 A/D转换电路
• §5.2 计算机控制与数据处理系统设计
• 5.2.1 计算机硬件选择
• 5.2.2 计算机软件设计
• 第六章 实验结果及误差分析
• §6.1 实验结果
• 6.1.1 实验条件与实验方法
• 6.1.2 直径检测结果
• 6.1.3 圆度误差检测结果
• 6.1.4 同轴度误差检测结果
• §6.2 系统直径检测主要误差来源及分析
• 6.2.1 半导体激光测头精度对系统直径检测误差的影响
• 6.2.2 光栅位移检测精度对系统直径检测误差的影响
• 6.2.3 阿贝误差分析
• 6.2.4 半导体激光测头不垂直偏离工件轴心引起的误差
• 6.2.5 光栅位移检测步长对系统直径检测误差的影响
• 6.2.6 系统直径检测误差的合成
• §6.3 系统圆度检测误差来源与分析
• §6.4 系统同轴度检测误差来源与分析
• §6.5 误差分析结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢