激光外差干涉長(zhǎng)行程精密導(dǎo)軌直線度測(cè)量及補(bǔ)償方法研究.pdf

1、直線度誤差作為幾何測(cè)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(cè)量方法當(dāng)中，基于激光外差干涉的方法因其具有納米級(jí)的測(cè)量精度、米級(jí)的測(cè)量范圍和能直接溯源到米定義等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但是在實(shí)際測(cè)量中，除了光學(xué)元器件的非線性誤差、干涉信號(hào)處理誤差以及激光波長(zhǎng)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(cè)量精度的一個(gè)關(guān)鍵因素，特別是在長(zhǎng)行程導(dǎo)軌直線度測(cè)量當(dāng)中。本論文重點(diǎn)研究了激光光束漂

2、移對(duì)激光干涉長(zhǎng)行程精密導(dǎo)軌直線度測(cè)量精度影響，提出激光光束漂移對(duì)長(zhǎng)行程精密導(dǎo)軌直線度和位移測(cè)量的補(bǔ)償方法，旨在提高長(zhǎng)行程導(dǎo)軌直線度和位移的測(cè)量精度。
　　論文綜合分析了直線度測(cè)量方法和激光光束漂移檢測(cè)及補(bǔ)償方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了檢測(cè)兩測(cè)量光束多普勒頻移差和單測(cè)量光束多普勒頻移相結(jié)合的直線度誤差和位移的測(cè)量方法，設(shè)計(jì)了長(zhǎng)行程精密導(dǎo)軌直線度與位移測(cè)量及補(bǔ)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(cè)的數(shù)學(xué)模型，分析了

3、測(cè)量過程中激光束角度偏轉(zhuǎn)與位置敏感探測(cè)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(cè)表達(dá)式。分析了激光光束漂移對(duì)直線度和位移測(cè)量結(jié)果的影響，提出了激光光束漂移對(duì)直線度和位移測(cè)量的補(bǔ)償方法，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的信號(hào)處理方法并利用VisualBasic語言設(shè)計(jì)了系統(tǒng)測(cè)量軟件。
　　為了驗(yàn)證本論文提出的激光外差干涉長(zhǎng)行程精密導(dǎo)軌直線度和位移測(cè)量及補(bǔ)償方法的可行性，搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn):(1)激

4、光光束靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過補(bǔ)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(cè)與補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于同一個(gè)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(bǔ)償后，偏擺角和俯仰角與Renishaw干涉儀角度測(cè)量組件具有較好的一致性;(3)直線度和位移測(cè)量與補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于同一個(gè)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(bǔ)償后，系統(tǒng)直線度測(cè)量值與Renishaw干涉儀