激光外差干涉長行程精密導(dǎo)軌直線度測量及補償方法研究.pdf

1、直線度誤差作為幾何測量領(lǐng)域中基本的參數(shù)之一，在現(xiàn)代精密設(shè)備與儀器制造中起著重要的作用。在眾多直線度測量方法當(dāng)中，基于激光外差干涉的方法因其具有納米級的測量精度、米級的測量范圍和能直接溯源到米定義等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但是在實際測量中，除了光學(xué)元器件的非線性誤差、干涉信號處理誤差以及激光波長穩(wěn)定性等因素外，激光光束漂移是影響基于激光外差干涉原理直線度或位移測量精度的一個關(guān)鍵因素，特別是在長行程導(dǎo)軌直線度測量當(dāng)中。本論文重點研究了激光光束漂

2、移對激光干涉長行程精密導(dǎo)軌直線度測量精度影響，提出激光光束漂移對長行程精密導(dǎo)軌直線度和位移測量的補償方法，旨在提高長行程導(dǎo)軌直線度和位移的測量精度。
　　論文綜合分析了直線度測量方法和激光光束漂移檢測及補償方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了檢測兩測量光束多普勒頻移差和單測量光束多普勒頻移相結(jié)合的直線度誤差和位移的測量方法，設(shè)計了長行程精密導(dǎo)軌直線度與位移測量及補償系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)，建立了激光光束漂移與偏擺角和俯仰角分離檢測的數(shù)學(xué)模型，分析了

3、測量過程中激光束角度偏轉(zhuǎn)與位置敏感探測器上光斑位置變化的關(guān)系，給出了水平和豎直方向上激光光束漂移以及偏擺角和俯仰角檢測表達(dá)式。分析了激光光束漂移對直線度和位移測量結(jié)果的影響，提出了激光光束漂移對直線度和位移測量的補償方法，設(shè)計了系統(tǒng)的信號處理方法并利用VisualBasic語言設(shè)計了系統(tǒng)測量軟件。
　　為了驗證本論文提出的激光外差干涉長行程精密導(dǎo)軌直線度和位移測量及補償方法的可行性，搭建了系統(tǒng)實驗裝置，分別進行了以下實驗:(1)激

4、光光束靜態(tài)穩(wěn)定性實驗，實驗結(jié)果表明經(jīng)過補償后光斑的位置在x方向上和y方向上的穩(wěn)定性都能夠提升50％以上;(2)偏擺角和俯仰角的檢測與補償實驗，實驗結(jié)果表明對于同一個線性導(dǎo)軌在距離激光器不同位置上，經(jīng)過激光光束漂移補償后，偏擺角和俯仰角與Renishaw干涉儀角度測量組件具有較好的一致性;(3)直線度和位移測量與補償實驗，實驗結(jié)果表明對于同一個線性導(dǎo)軌在距離激光器不同位置上，經(jīng)過激光光束漂移補償后，系統(tǒng)直線度測量值與Renishaw干涉儀