基于2D-PSD的长导轨直线度测量系统的研究

摘要

直线度误差是导轨的主要形位误差之一，是决定导轨质量的最主要因素，直接影响着导轨的工作性能。导轨直线度的检测具有采样数据多、测量距离长、实时可靠性高、需要现场测试等特点，传统所采用的诸如平尺法、钢丝法等，检测器具虽简单，但具有精度低、效率低等缺点，而新型的测量仪器虽具有高精度但价格昂贵，难以普及。鉴于此，本课题以长导轨直线度为研究对象，兼顾精度和经济性的要求，提出了基于双二维位置敏感器件(PSD)和激光空间偏角校正的新型测量方法。
　　合理的直线基准是实现直线度误差正确测量的一项关键因素，本文根据导轨直线度的检测要求，阐述了检测方案并对方案中的测量原理进行了抽象分析，建立了基于激光空间偏角校正的导轨二维直线度的数学模型。依据所建立的数学模型，论文对系统进行了总体设计，采用二维PSD作为传感器，通过PI微位移工作台对其进行了标定，并运用人工神经网络BP优化算法实现了PSD的非线性校正，降低了枕形失真;研究了背景光互相关消除技术，克服了背景光的影响。应用LabVIEW软件编写了二维PSD的数据采集程序，应用MATLAB软件编写了基于最小二乘法的直线度误差评定程序。通过理论分析、系统搭建及实验，论证了系统原理的可行性，并对可能引起系统测量误差的各种因素进行了分析。所选激光器内含整形、扩束与准直系统，在10m范围内具有良好的稳定性和准直性，光斑大小亦在允许的波动范围内，系统测量测量分辨力达0.002mm。本系统能够有效地解决精密长导轨直线度检测与高精度测量的难题，为大范围长导轨直线度测量提供了一种新的检测方法。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 导轨直线度测量的国内外研究现状

1．3 选题的目的及意义

1．4 课题来源及研究的主要内容

第二章 系统测量原理与数学建模

2．1 导轨运动副自由度的定义

2．2 系统测量原理概述

2．2．1 系统测量原理-方案一

2．2．2 系统测量原理-方案二

2．3 导轨空间偏角数学模型的建立

2．4 导轨二维直线度数学模型的建立

2．4．1 激光空间偏角校正的理论分析

2．4．2 激光空间偏角校正模型的建立

2．5 本章小结

第三章 长导轨直线度检测系统的总体设计

3．1 系统总体方案设计

3．2 系统机械结构设计

3．3 光学系统设计

3．3．1 位置敏感器件的选择

3．3．2 激光器的选择

3．4 二维枕形PSD信号采集与处理电路设计

3．4．1 信号采集与处理方案设计

3．4．2 前置信号处理电路设计

3．5 本章小结

第四章 PSD非线性校正及背景光消除技术的研究

4．1 PSD工作原理

4．1．1 一维PSD工作原理

4．1．2 二维PSD工作原理

4．2 二维PSD非线性校正

4．3 背景光互相关消除技术

4．4 本章小结

第五章 数据处理系统设计

5．1 直线度评定方法

5．2 数据采集与处理

5．2．1 LabVIEW数据采集

5．2．2 MATLAB数据处理

5．3 本章小结

第六章 系统实验与误差分析

6．1 原理性实验

6．2 实测实验

6．3 误差分析

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文