动态法尺带加工系统环境参数实时补偿方法及系统

摘要

水准标尺是现代水准测量系统的重要部件，其精度高、稳定性强，在世界各国中受到广泛应用。中国国家标准要求水准尺分化误差小于13μm，该值的大小直接影响到水准测量结果的准确度，设法提高水准标尺的制造精度一直是人们研究的难题。
　　水准标尺的刻划系统是以激光干涉仪作为长度测量工具，激光干涉仪是以激光波长作为长度基准。在刻划过程中，激光波长由于受到外界环境（温度、湿度、大气压强、精度，这对生产高精度的水准标尺是不利的。因此提出了对激光波长采取实时补偿的方法，来达到提高刻划精度的目的。
　　本文介绍了水准标尺的制造和检测方法，对比了不同的长度测量工具，体现了以激光波长为基准进行干涉测量的优越性;详细分析了激光干涉法原理和激光波长修正原理，外界环境对激光波长的影响中重要因素是温度，分析系统所在环境温度场分布，建立了温度场模型，运用了动态法波长修正方案，获取最佳的温度值;设计了激光干涉法环境参数采集系统，并通过串口通信方式，利用上位机软件的控制，能够实现对每点大气参数的实时检测，并通过其进行数据处理，能够获取实时的波长补偿值，达到在线修正的目的。
　　最后，本文进行了系统测试的对比试验，实验结果表明:(1)多点测量的温度曲线与单点测量的温度曲线相对比，多点测量的温度曲线更接近温度场模型的结果;(2)实时的数据补偿与不实时数据补偿相对比，实时的数据补偿更能体现激光波长的真实值。这对于提高刻划精度具有十分重要的意义。

目录

声明

摘要

1 概述

1．1 介绍水准标尺生成制造和检测方法

1．1．1 生成制造方法

1．1．2 生成检测方法

1．2 系统溯源的必要性和使用的仪器

1．3 激光干涉测量以波长为基准的优越性和特点

1．3．1 量值直接传递

1．3．2 系统结构容易符合阿贝原则

1．3．3 激光波长对环境变化敏感性及需要补偿

1．4 本课题研究的基本状况

1．4．1 课题研究的目的

1．4．2 课题研究的内容

1．4．3 课题研究的主要意义

2 激光干涉法测量和补偿要求

2．1 激光干涉法测长原理

2．2 折射率修正原理

2．3 实际工作环境介绍

2．3．1 厂房布置图

2．3．2 控温形成的温度场分布

2．4 动态法折射率修正方案

2．4．1 实时测量环境参数作为补偿依据

2．4．2 运用多点动态法测量进行温度参数补偿

3 激光干涉法环境参数补偿系统研制

3．1 由单片机及环境参数传感器组成的环境参数测量系统

3．1．1 选用的单片机和传感器简介

3．1．2 论述系统原理框图及参数

3．1．3 激光干涉仪测量仪器的接口

3．2 多点环境参数测量系统制作和调试

3．2．1 各部分电路简介

3．2．2 系统软件的设计

3．2．3 上位机控制界面的设计

4 测量和补偿试验及结果分析

4．1 补偿试验设计

4．1．1 大气参数传感嚣的放置

4．1．2 传感器的测量误差分析

4．1．3 温度数据的补偿形式

4．2 补偿试验介绍描述

4．3 实验过程及结果分析

4．3．1 单点补偿试验

4．3．2 多点补偿试验

4．3．3 大气湿度参数采集及其绝对湿度变化

4．3．3 大气压强和工件温度采集

4．3．4 单点和多点波长补偿值对比

4．3．4 实时和不实时补偿数据对比

5 结论

5．1 研究达到的效果

5．2 进一步研究的必要性和研究要点

致谢

参考文献

附录

附录1 激光干涉法环境参数补偿系统电路图

附录2 上位机控制程序

附录3 传感器采集数据与标准器件采集数据对比表

附录4 2011年10月14日实际测量结果

附录5 激光刻划系统实物图