集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统

利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点,研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点,并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软件平台,采用改进多项式自动跟踪算法对一球体截面进行了测量。实验结果表明:该系统测量稳定可靠,可对测量倾角≤±45°的自由曲面进行高精度测量。     

大量程自由曲面的自适应跟踪测量方法研究

提出一种利用激光位移传感器实现自由曲面自适应跟踪测量的方法。该方法基于闭环运动控制技术,通过由光栅位移传感器及精密移动线性机构组成的伺服随动系统自动调整激光测头位置,以跟踪被测曲面的起伏变化,保证激光位移传感器始终工作在其线性度较高的测量范围内,从而实现对大量程自由曲面的自动测量。实验结果表明:利用激光位移传感器在小测量范围内非线性误差小的特点,集成光栅传感器和伺服机构,可实现大量程自由曲面的高精度测量。     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

激光三角法扫描测头特性的研究

在分析了激光三角法位移测量原理的基础上,以ＩＢ－１２型激光三角法位移传感器为实例,研究了激光三角法位移传感器的使用特性,补偿非线性误差、倾斜角误差,提高了测量精度,使其能够作为非接触式扫描测头用在三坐标测量机上,完成空间自由曲面的非接触扫描测量。     

一种量化的激光位移传感器倾角误差补偿模型

激光位移传感器具有非接触、测量范围大、测量效率高等优点,广泛应用于精密检测领域。然而,倾角误差是影响激光位移传感器测量精度的主要因素之一,为了提高激光位移传感器的测量精度,有必要对其进行分析研究,推导出能够在工程中应用的可量化的倾角误差补偿模型。首先从激光三角法测量原理开始,深入分析了激光光束的光路和光强损失的原因,然后根据光路的几何特征建立了物像方程,从倾角误差机理推导出一种可量化的误差模型,最后用激光干涉仪和正弦规在四坐标测量仪上。对激光位移传感器进行了倾角误差实验,把测量得到的数据经误差模型修正后,可以将传感器的测量精度控制在10μm以内。结果表明,所提出的倾角误差模型准确有效,在对复杂曲面的测量应用中,具有一定的使用和推广价值。     

单点激光三角测量系统不确定度评定

激光三角法测量是对于三维以及多维空间自由曲面非接触测量的主要方法之一,具有分辨力高、稳定性好、使用灵活、抗干扰能力强等优点,在光电检测和几何测量领域中得到广泛的应用.本文论述了激光三角法的测量原理,通过对DB-M72型激光位移传感器的实验,结合实验数据,对测量系统不确定度进行评定,达到了对测量系统进行误差分析目的.     

基于激光位移传感器的自由曲面精密测量方法

针对数据采集误差严重影响激光位移传感器(LDS)测量精度的问题,基于激光三角法测量原理,分析了激光束和会聚光斑质心对系统测量精度的影响,建立了定量计算LDS物面倾角误差和感光元件倾角误差的数学模型。采用该模型,可对LDS采集数据进行实时补偿。实验结果表明,引入两个补偿模型对测量结果进行修正后,不仅大幅提高了LDS的数据采集精度,使其测量误差控制在0.008 mm以内,而且提升了LDS在自由曲面中的测量精度。     

基于光学原理的铁路钢轨直线度测量系统设计

提出采用激光位移传感器测量技术对铁轨直线度尺寸进行测量的方法,设计了主要由运动控制测量平台、激光位移传感器、二维PSD位置传感器、信号采集及信号处理模块等四部分组成测量系统。软件系统按照最小二乘拟合的方法对采集数据进行计算,并具备分析、处理存储功能。根据测量结果,分析了系统误差及影响系统精度的主要因素。应用表明:该系统满足高速铁道长轨直线度测量测量要求。     

多圈光电轴角编码器在直线位移测量中的应用

多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍.利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿轮同步带传动机构与16位多圈编码器组合而成的直线位移测量系统,并对系统的测长精度进行了检定.实验结果表明,修正后的系统测长误差低于0.065 mm,可满足中低精度的工业测量要求.