基于PSD的分离式长导轨直线度测量方法研究

利用分段拼接测量方法能够将PSD激光准直测量系统测量范围扩大,相较于传统长导轨直线度测量方法,该方法可同时适用于连续型导轨和分离式超长导轨的直线度测量。首先,在(-5～+5) mm测量范围内,通过激光干涉仪分别测得激光准直测量系统的接收靶在水平和竖直方向上的位移,误差均优于±(1μm+1%H)。然后,在40 m范围内与激光准直测量系统的直线度测量精度进行对比,二者水平方向直线度误差相差0.06 mm,竖直方向直线度误差相差0.13 mm。最后,在70 m分离式超长导轨上,测得水平方向直线度为0.50 mm,竖直方向直线度为0.53 mm。该方法可迅速定位和调整直线度误差极值点位置,能够较为有效地解决分离式超长导轨的直线度装配调试问题。     

激光干涉仪在10米测长机导轨直线度检测中的应用

为检测10米光栅测长机导轨的直线度,采用双频激光干涉仪系统作为主要测量工具,以最佳平方逼近法计算10米光栅测长机导轨的直线度。根据双频激光干涉仪的测量直线度测量原理,结合直线度的评定方法,对10米光栅测长机导轨的直线度的测量方法进行了介绍。实验表明,采用双频激光干涉仪测量直线度的方法实用,较为准确、方便、直观。     

超长导轨直线度对激光测长示值的影响北大核心CSCD

应用空间解析几何方法,从理论上对由于超长导轨直线度引起的角锥棱镜空间位置变动而最终导致的激光光程的变化进行了分析,并据此建立了相应的数学模型;结合实际测量中使用的超大量程激光测长机导轨直线度的实际测量数据分析了直线度对激光测长示值的实际影响,得出符合阿贝原则的测长机在26 m内由导轨直线度误差引起的激光测长误差小于0.1 μm的结论。     

收发分体式四自由度激光测量系统耦合误差建模与补偿

线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角的收发分体式四自由度激光测量系统,其直线度与角度测量结果间存在的耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。     

基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置

为满足时变几何量的瞬时动态测试需求,研制了一种基于激光干涉仪同步测量的动态校准装置。该装置采用直线运动导轨和运动发生器、长度标准器激光干涉仪,以基于GNSS驯服时钟的同步触发器实现同步测量并确保时间准确稳定,并使用动态校准软件实现控制一体化。经综合分析激光干涉仪的最大允许误差、直线运动导轨的直线度、环境因素、触发信号间时延及激光干涉仪测量时延等因素,该装置的长度示值的测量不确定度为Q[1.8μm, 3×10^-7L](k=2)。与同型号激光干涉仪的比对实验和激光跟踪仪瞬时长度测试实验,证明了不确定度评定的合理性以及该装置在瞬时动态准确度测试中的可行性。     

一种在线测量大尺寸直线度的方法

介绍一种新型测量仪器,对大长度导轨的直线度进行精密测量。作者基于对激光几何测量系统的使用功能和性能的了解,结合实际工作中遇到的断续长导轨直线度测量需求,用激光几何测量系统完成了长导轨直线性的测量,取得了较好的效果,是对大尺寸形状误差测量的一种方法的探讨。     

激光干涉仪测量直线度误差因素分析

介绍了激光干涉仪进行直线度误差测量的原理,并详细讨论了直线度误差测量中影响测量精度的若干因素,最后给出直线度误差测量实例。     

平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。     

大长度激光测量中阿贝误差消除方法的研究

提出一种基于3路独立激光干涉仪消除大长度激光测量中的阿贝误差的方法,3路干涉仪的安装位置可布置成任意三角形。通过3路干涉仪的测量结果及被测仪器与3路干涉仪安装位置的几何关系,构造一路与被测仪器同光路的虚拟干涉仪,推导虚拟干涉仪的测长公式。该算法对干涉仪的安装位置无特殊要求,在实践中易于实现。为验证算法的有效性,依托于室内80 m大长度标准装置,通过改变被测仪器安装位置,在45 m范围内进行了3组不同的验证实验。实验结果显示消除阿贝误差后,残余的其它误差的最大值仅为1.10 μm,该算法可有效地消除阿贝误差。     

基于摄影测量的基准尺长度测量系统的调节与误差分析

基准尺作为摄影测量长度基准,其精度直接影响测量结果的准确性,为了保证基准尺长度的测量精度,设计了由气体静压导轨、激光干涉仪、CCD成像系统组成的测量系统。分析了影响测量精度的因素,并对组成基准尺的标志圆成像位置、CCD相机光轴、激光干涉仪、基准尺和CCD成像系统绕自身光轴旋转的调节误差进行了计算分析,用于指导CCD成像系统、激光干涉仪和基准尺的调节。最后应用该系统对基准尺进行多次测量,结果表明基准尺长度测量的标准差可达到1 μm,满足工业摄影测量的要求。     

大距离运动的直线度测量

机床轴沿轴向运动的直线度是最重要的性能指标.描述了不同的直线度测量方法(直尺法、钢丝绳法、激光干涉仪法、局部垂直度测量及球板和球杆法等),并讨论了这些方法对测量移动长度超过2000 mm的机床的适用性.详细叙述了无重叠的球板拼接,估计了测量的不确定度,测量结果不确定度U为3.4μm(因子κ=2).给出了减小主要影响测量不确定度,也就是影响机床轴重复性的主要因素的一些可能性.示出了500mm×500mm球板拼接测量,并且和轴向移动量900mm的比较仪进行了比对,两种测量结果的偏差小于0.6μm.因此不会超出原有的测量不确定度范围.球板拼接法也可应用于大距离移动中的垂直度测量.无论是利用垂直平面进行测量或者用近来引进的精密三维机床检测,无重叠的球板拼接均可用于水平和垂直的直线度测量,还可用于定位、倾斜、俯视及偏转等方面的测量.     

An ultrasonically levitated noncontact stage using traveling vibrations on precision ceramic guide rails

This paper presents a noncontact sliding table design and measurements of its performance via ultrasonic levitation. A slider placed atop two vibrating guide rails is levitated by an acoustic radiation force emitted from the rails. A flexural traveling wave propagating along the guide rails allows noncontact transportation of the slider. Permitting a transport mechanism that reduces abrasion and dust generation with an inexpensive and simple structure. The profile of the sliding table was designed using the finite-element analysis (FEA) for high levitation and transportation efficiency. The prototype sliding table was made of alumina ceramic (Al2O3) to increase machining accuracy and rigidity using a structure composed of a pair of guide rails with a triangular cross section and piezoelectric transducers. Two types of transducers were used: bolt-clamped Langevin transducers and bimorph transducers. A 40-mm long slider was designed to fit atop the two rail guides. Flexural standing waves and torsional standing waves were observed along the guide rails at resonance, and the levitation of the slider was obtained using the flexural mode even while the levitation distance was less than 10 microm. The levitation distance of the slider was measured while increasing the slider's weight. The levitation pressure, rigidity, and vertical displacement amplitude of the levitating slider thus were measured to be 6.7 kN/m2, 3.0 kN/microm/m2, and less than 1 microm, respectively. Noncontact transport of the slider was achieved using phased drive of the two transducers at either end of the vibrating guide rail. By controlling the phase difference, the slider transportation direction could be switched, and a maximum thrust of 13 mN was obtained.     

大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准的实验研究

搭建了基于激光干涉仪测量原理的三轴微位移测量系统,对大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准进行实验研究。介绍了双频激光干涉仪测量系统的构成;编写了纳米位移台的控制程序和激光干涉仪数据采集程序;阐述了位移台的非线性校准方法,并通过实验对比了多项式三阶拟合和三阶分段拟合的差别,验证了校准方法的准确性。实验表明:使用三阶分段拟合的校准方法效果更好,校准前,x轴的最大非线性误差为4.052μm,y轴的最大非线性误差为2.927μm;校准后,x轴的最大非线性误差为15nm,y轴的最大非线性误差为17nm,仅为原始非线性误差的1%。     

微纳米三坐标测量机三轴垂直度误差测量及建模补偿

垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型.采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量机的垂直度误差进行建模和补偿.通过对0级标准量块厚度进行测量和垂直度误差补偿,量块X、Y方向厚度...     

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5Hz时的测量精度为0.1nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。     

Heterodyne grating interferometer based on a quasi-common-optical-path configuration for a two-degrees-of-freedom straightness measurement

We present a heterodyne grating interferometer based on a quasi-common-optical-path (QCOP) design for a two-degrees-of-freedom (DOF) straightness measurement. Two half-wave plates are utilized to rotate the polarizations of two orthogonally polarized beams. The grating movement can be calculated by measuring the phase difference variation in each axis. The experimental results demonstrate that our method has the ability to measure two-DOF straightness and still maintain high system stability. The proposed and demonstrated method, which relies on heterodyne interferometric phase measurement combined with the QCOP configuration, has the advantages of high measurement resolution, relatively straightforward operation, and high system stability.     

手持式激光测距仪检定方法及系统研究

针对现有手持式激光测距仪检定方法所需场地大、室外环境干扰因素多的问题,提出了一种“小空间长距离”的测量方案,基于此方案研制的手持式激光测距仪检定装置,以高精度全站仪的示值作为长度基准,利用镜面反射原理,在室内16 m长导轨上复现50 m标准长度,消除了野外测量中环境因素的影响。实验结果表明,检定系统满足JJG 966-2010《手持式激光测距仪》检定规程中示值误差检定技术要求,可以实现对手持式激光测距仪示值误差的检定。