二维工作台多自由度同时测量系统的研制及实验研究

摘要

在先进加工制造领域中，精密工作台和精密导轨是保证机床制造精度和仪器测量精度的重要运动部件。工作台和导轨的准确装配和调节，以及在几何空间的静止形态与运行状态的探测和操纵等，都必须对其多个自由度误差进行在线实时检测。本文将激光干涉仪和自准直仪统一于同一个激光测量系统中，实现了对二维工作台进行多自由度同时测量。本文主要完成了以下工作:
　　(1)对多自由度同时测量方法进行深入研究，介绍了激光多自由度同时测量系统的测量原理。基于整体式光路布局和偏振干涉技术，完善了激光测量光路，提高了系统的稳定性。
　　(2)为得到高质量的电压输出信号，针对位移测量光路和角度测量光路的输出光信号的不同，分别设计了各自的信号处理电路，并进行电路的调试和制板，从而获得高质量的信号。
　　(3)在VC++6.0环境下，改进并完善数据采集与处理系统软件程序，实现测量数据的实时采集、显示和存储。
　　(4)搭建并调试二维工作台多自由度同时测量系统，基于实验室已研制出来的二维定位工作台，对测量系统进行整体性能测试，比如角度标定、静态漂移测试、分辨力测试以及比对实验，从而验证了系统的有效性和可行性。
　　实验结果表明:位移测量系统的分辨力为0.8nm，角度测量系统的分辨力为0.2

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 激光干涉测量法

1．2．2 衍射测量法

1．2．3 多光束基准测量法

1．2．4 多CCD视觉测量法

1．3 课题研究的目的及意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

第二章 测量系统的整体方案和光路系统

2．1 引言

2．2 测量原理

2．2．1 激光干涉位移测量原理

2．2．2 激光自准直角度测量原理

2．2．3 激光多自由度同时测量系统的测量原理

2．3 测量系统总体方案和系统指标

2．3．1 测量系统总体方案

2．3．2 系统指标

2．4．1 测量光路

2．4．2 光学元器件的选取

2．5 测量系统的机械结构

2．5．2 测量光路装夹固定装置

2．6 光路系统的整体布局及搭建调试

2．7 本章小结

第三章 信号处理系统的设计

3．2．1 位移测量信号处理电路

3．2．2 角度测量信号处理电路

3．2．3 电路原理图及PCB设计

3．3 信号处理系统的软件设计

3．3．1 位移测量数据采集与处理系统

3．3．2 角度测量数据采集与处理系统

3．4 本章小结

第四章 系统性能测试及实验数据分析

4．1 引言

4．2 二维角度的标定

4．3 静态漂移测试

4．3．1 位移静态漂移测试

4．3．2 角度静态漂移测试

4．4 分辨力测试

4．4．1 位移分辨力测试

4．4．2 角度分辨力测试

4．5 测量系统比对实验

4．5．1 位移测量比对实验

4．5．2 角度测量比对实验

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况