论文题目: 激光无导轨精密测量及定位系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械工程
作者: 邱宗明
导师: 黄玉美
关键词: 无导轨测量,跟踪测量,激光干涉,虚拟导轨
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 长度测量(又称位移测量)是机械行业测量中最基本、最重要的测量。在长度测量中,公认精度最高的基准是光的波长。以激光波长为长度基准进行位移测量,通常只能采用干涉法或衍射法,沿光的传播方向进行大尺寸的长度测量或定位测量仅能使用干涉法。该方法要求干涉光路不能中断,为此,光波干涉测量仪器沿测量运动方向都配有高精度机械导轨。导轨的长度取决于测量任务要求的量程。这一要求使激光干涉测长量程大的特点受到局限。 利用激光干涉技术在获得高精度的同时,降低对导轨的依赖,甚至不用导轨完成测量,是本课题的基本出发点和研究重点,也是本课题研究的目的。 主要研究工作及创新点如下: 1、通过对干涉测量基本特性的研究,结合对实用干涉测量仪——外差式双频激光干涉仪工作原理和测量系统的深入分析,研究了测量系统内可能实现“动态跟踪”的两种方法,提出了“激光束跟踪”和“靶镜跟踪”的方法。 2、对不同的跟踪方案,从跟踪速度、技术难度、实用性等方面进行理论分析和实验研究,提出一种外置式跟踪定位测量系统的技术方西安理工大学博士学位论文法,并进行了开发研究,取得了预期的研究结果。 3、针对测量任务的需要、工况与可行性,提出了“悬丝导航、靶镜跟踪”的方法,并进行的理论和实验研究,取得了预期的效果。 4、提出了一种“双悬丝基准”的导航方法和系统方案,推导出用双丝间距表示单丝悬垂量的关系。通过实验研究,验证了方法的可行性。 5.对多波丧激光绝对距离干涉测量技术的原理和研究现状及相关的问题进行了较为深入细致的探讨,并提出了作者的见解和看法。 关键词:无导轨测量,跟踪测量,激光干涉,虚拟导轨 论文的研究得到了西安市科技攻关项目《无导轨精密测量、定位技术研究》(项目编号:102一220291)的资助。
论文目录:
1 绪论
1．1 研究背景与论文结构
1．2 干涉测量原理及干涉测量的条件~[1][8]
1．2．1 麦克尔逊(Machelson)干涉仪及测长原理
1．2．2 实现干涉测长的条件
1．2．3 实用激光干涉仪
1．2．4 外差式双频激光干涉仪
1．2．5 双频激光干涉仪的外部结构和使用方式
1．3 激光跟踪方式干涉测距
1．3．1 跟踪测量的基本出发点和可能实现跟踪的方法
1．3．2 激光束跟踪与高精度定位测量
1．3．3 外置式激光束跟踪测量系统
1．3．4 靶镜跟踪与虚拟高精度导轨
2 激光跟踪测量
2．1 激光跟踪方式干涉定位测距的理论依据
2．1．1 高斯光束的特点
2．1．2 等相位同心球面的形成
2．1．3 激光跟踪测量的理论依据
2．1．4 结论:定位测量的可实现性
2．2 跟踪方式激光干涉测距的实验验证
2．2．1 激光跟踪测量实验系统的结构和原理
2．2．2 激光跟踪测量试验
2．2．3 跟踪定位测量实验结论
2．3 自动跟踪激光干涉测距系统的研究
2．3．1 系统结构
2．3．2 激光束跟踪原理
2．3．3 靶镜偏离直线位置检测
2．3．4 控制方式
2．3．5 跟踪结果
2．4 外置式激光跟踪测量系统方案的提出
2．4．1 一体化激光跟踪测量系统的结构的特点和优点
2．4．2 一体化激光跟踪测量系统的局限性
2．4．3 外置式激光跟踪测量系统方案的提出
2．5 本章小结
3 外置式激光跟踪测距系统
3．1 外置式激光跟踪测距系统的原理(基本构成)
3．1．1 外置式激光跟踪测距方法的基本出发点
3．1．2 平面反射镜对光束方位的调整作用
3．1．3 外置式激光跟踪测距系统结构方案
3．2 跟踪伺服系统的主要机械部件和参数
3．2．1 球形跟踪伺服装置
3．2．2 球形跟踪伺服装置跟踪范围角的确定
3．2．3 球形跟踪伺服装置轴间祸合情况
3．3 外置式跟踪系统的光束位置影响
3．3．1 跟踪平面镜的入射点对测量精度的影响
3．3．2 跟踪平面镜的镜面倾斜对测量精度的影响
3．3．3 球心径向偏移对测量精度的影响
3．4 测量与控制
3．4．1 测控系统结构
3．4．2 偏差信号的拾取
3．4．3 跟踪控制器
3．4．4 外置式跟踪测控系统的仿真
3．5 实验数据及结论
3．5．1 跟踪测量实验的实验方法
3．5．2 参考点重复性跟踪测量实验
3．5．3 二维动态跟踪测量实验
3．5．4 结论
3．6 本章小结
4 双丝导航、靶镜跟踪的大长度测量
4．1 长距离连续测距的要求及实例
4．1．1 问题的提出
4．1．2 红外测距仪检定系统
4．1．3 靶镜跟踪虚拟高精度导轨的设想
4．2 双悬丝基准虚拟高精度导轨方法的提出
4．2．1 悬丝基准
4．2．2 单悬丝曲线方程
4．2．3 悬丝导航的基本方案
4．2．4 双悬丝基准的提出
4．3 测量系统的实验研究
4．3．1 系统组成
4．3．2 测量系统基本参数配置
4．3．3 CCD测量系统的测量重复性测试
4．3．4 悬链线方程和测量系统的实验验证
4．3．5 模拟粗糙导轨工作台运动中的导向修正
4．3．6 实验控制系统和基本控制算法
4．3．7 结论
4．4 本章小结
5 结论
致谢
参考文献
发表论文和成果
附录关于激光多波长无导轨测量
E．1 本部分绪论
E．2 测量原理
E．3 激光多波长无导轨测长精度
发布时间: 2005-05-10
参考文献
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