空间直线度误差无衍射光莫尔条纹测量方法的研究

摘要

该文论述了作者对空间直线度误差无衍射光莫尔条纹法测量技术的研究成果.直线度误差测量在精密机械制造业、大型建筑安装、高速轨道铺设、大坝变形检测、大型航空航天器制造等诸多领域都有重要的应用.主要研究工作及创新如下:1.首次提出并从理论和试验证明:球面波入射光束经过axicon产生的无衍射光受入射光偏向的影响比平面波入射光束的小,无衍射光束的光轴更加稳定.所以这种无衍射光束的光轴适于作长,中或短距离连续空间直线度误差测量的基准.2.提出并从理论和实践证明了空间直线度误差的无衍射光莫尔条纹测量方法.无衍射光可在空间形成不随传播距离变化的贝塞尔光环,该光环中心的集合可作直线度误差测量的基准.用一圆环(均匀或不均匀)光栅与贝塞尔光环相迭,可产生莫尔条纹.当光栅对贝塞尔光环偏移,莫尔条纹发生变化.由条纹变化可求出x和y方向位移,进而实现空间直线度误差测量.因此,这是直线度误差测量技术的一个重要创新.该测量方法可沿轴向自由设定测量点,从实用角度高精度地实现了沿z方向的连续测量.3.由于莫尔条纹图像的识别是空间直线度误差无衍射光莫尔条纹测量方法的关键,因此该文研究了适用于莫尔条纹的图像处理方法.4.在空间直线度误差无衍射光束莫尔条纹法测量技术的基础上,开发了一种无衍射光莫尔条纹法激光准直跟踪和定位系统.此外,该文基于ISO14660和第二代GPS的基本要求,提出了统计直线度公差及统计直线度误差的评定方法.

目录

文摘

英文文摘

符号表

1绪论

1.1课题研究的目的、意义和应用前景

1.2传统直线度误差测量方法概述

1.3激光直线度误差测量方法概述

1.4课题来源和本文的主要工作及创新

2直线度误差测量相关的无衍射光技术发展概况

2.1无衍射光的国内外研究现状简介

2.2无衍射光束理论

2.3 axicon透镜对激光束的变换特性

2.4无衍射光束参数变换器

2.5直线度误差的贝塞尔图像直接测量方法及其问题

2.6本章小结

3无衍射光束作为直线基准的理论分析和试验研究

3.1无衍射光束直线基准的影响因素

3.2平面波入射光束无衍射光束的稳定性分析

3.3发散球面波无衍射光束直线基准的性能分析

3.4直线度基准的误差测量试验系统

3.5光束偏向对无衍射光束直线基准的影响理论模拟

3.6无衍射光束直线基准的试验研究

3.7本章小结

4空间直线度误差的无衍射光莫尔条纹测量法的理论分析

4.1空间直线度误差的无衍射光莫尔条纹测量方法

4.2无衍射光莫尔条纹的原理分析

4.3莫尔条纹图像处理和直线度误差测量的方案

4.4消噪措施

4.5本章小结

5莫尔条纹图像处理的方法

5.1图像采集系统

5.2图像的预处理

5.3圆环光栅中心坐标的计算

5.4模板匹配用于无衍射光环中心坐标的计算

5.5偏移量的计算

5.6软件的开发说明

5.7本章小结

6空间直线度误差测量的测试实验及误差评价

6.1实验说明

6.2与电感测微仪对比测偏移量的实验

6.3与电感测微仪对比测偏移量重复精度的实验

6.4测直线度误差的试验

6.5空间直线度评定理论的研究

6.6本章小结

7无衍射光莫尔条纹技术在准直跟踪和定位系统中的应用

7.1无衍射光莫尔条纹法激光准直跟踪和定位原理

7.2莫尔条纹图象简化处理技术在跟踪和定位系统中的应用

7.3试验结果

8全文总结与展望

8.1全文总结

8.2对今后工作的展望

致谢

参考文献

附录1攻读学位期间发表论文目录

附录2发明专利申请证明