论文摘要
本文针对复杂工件表面轮廓的测量方法一直难以同时满足高精度和大量程的测量要求的现状,结合教育部新世纪优秀人才支持计划项目（项目编号:NCET-07-0262）“正交光栅多自由度测量及相关技术的研究”,设计了一种依靠光电自准系统进行阿贝补偿的光栅和电感传感器组合轮廓测量系统,并围绕该测量系统进行了相关设计、分析、实验论证等研究工作,具体研究内容如下:首先,分析、比较了目前常用的几种表面轮廓仪的优缺点,结合本课题的研究特点,以精密衍射光栅和差动式电感传感器作为位移计量器具,设计了一种大量程、高精度悬臂式的组合式轮廓测量系统,论述了轮廓系统的整体结构设计,并说明了其测量原理。其次,完成了光栅测量系统设计,阐述了精密衍射光栅的测量原理和获取光栅莫尔条纹信号的方法。运用电阻链式细分和硬件四细分相组合的方法来处理光栅莫尔条纹信号。在电阻链式细分中,过零比较器采用了三极管直接导通的方式,简化了电路结构。并将电阻链细分电路与可编程逻辑器件GAL16V8相结合来处理光栅莫尔条纹信号,完成了对莫尔条纹信号五细分的处理。最后与FPGA硬件四细分辨向相结合,实现了对光栅条纹信号的高倍细分处理,提高了系统的测量精度。第三,采用了一种基于自准直的恒光程高精度光学角度测量方法并应用到悬臂升降机构,对导轨运动角度偏转误差进行测量。实验说明,运用恒光程自准直测量方法可以保证系统光程的恒定,有效地检测由丝杠和直线滑轨带动的悬臂梁在升降运动中两个方向上的阿贝偏角,实现了对二维阿贝偏角的实时动态测量,使组合测量中出现的阿贝误差能够有效的得到补偿,降低了测量误差,进一步提高了系统测量的精度。最后,对实验中应用到的光栅、电感及角度传感器进行了标定与误差分析,验证了整个组合式轮廓测量系统达到的技术指标,阐述了系统整体的测量方法,并通过对相关实验分析和数据处理,说明了光栅电感组合式的轮廓测量系统可以达到大量程与高精度的测量要求。