滚珠滑块型面测量的误差分析及试验验证

为了实现滚珠滑块型面的快速准确测量,基于点激光扫描原理设计了滑块型面检测装置,并依此建立了滚道倾斜扫描模型。然后对传感器的安装误差进行仿真分析,提出标准圆棒的误差标定补偿方法;同时建立光线的倾斜照射模型,结合求解照射圆柱的倾斜角的方法,分析不同情况下光线的倾斜照射误差。随后,设计工装对圆棒外轮廓半径进行测量,结果表明传感器安装误差补偿后的测量精度明显提高,点激光在一定角度下倾斜照射精度为3.5μm,标准差在1.2μm以内,结合滑块滚道的实际测量图像,验证本测量方案具有可行性。     

基于倾斜入射的直角棱镜大面测量装置研究

针对直角棱镜大面测量中可以消除多重干涉背景干扰的倾斜入射测量系统,设计了一种能直接进行直角棱镜大面测量的正置式倾斜入射干涉仪装置.该装置包括相移干涉仪主机、一体化载物工作台以及一对参考平晶.讨论了直角面参与反射带来的光线簇造成的多重干涉背景误差,采用3D偏折的方法来避免全内反射光干扰直角棱镜大面测量.实验部分,组装了基...     

蜗轮蜗杆减速机箱体孔轴线垂直度误差模型

针对蜗轮蜗杆减速机箱体孔轴线垂直度的异面性检测问题,采用激光准直的方法,通过相机接收棱镜反射的衍射光斑,实现从异面到共面的转换。采用最小包容区域原则,结合三爪卡盘定位误差、光路引入的随机误差,建立了蜗轮蜗杆减速机箱体孔轴线垂直度测量装置的随机误差模型。根据模型分析,当选用光束偏差为0°±5″及90°±3″高精度棱镜时,配套三爪卡盘爪定位误差不应超过3.0μm。选用定位精度0.000 5 mm的超精密三爪卡盘,测量系统总随机误差为δ_1=4.7μm,总随机误差占公差比例约1/10。     

锥镜光学扫描系统中的棱镜调整分析

本文对激光记录、激光照排等装置中广泛应用的锥镜扫描轴系的安装误差,回转误差对扫描象点位置的影响,应用棱镜调整理论进行了定量分析,对不同误差源所引起扫瞄误差的性质进行了分析,提出了相应的解决办法。     

滚珠螺母内滚道的磨削精度

本文分析了双圆弧型滚珠螺母内滚道的磨削精度,证明使用轴截形为双圆弧的砂轮可磨得高精度的螺母滚道。通过滚道截形的误差计算,求得了砂轮轴截形参数及砂轮——螺母相对位置参数的变化与滚道截形误差的定量关系,并提出了补偿滚道截形误差的方法。     

滚珠丝杠螺母内滚道位置度的测量

针对目前加工滚珠丝杠螺母时,回珠器孔与螺旋槽的相对位置无法现场检测的问题,提出了将直接测量转变为间接测量地方法,设计了一种新型的滚珠丝杠螺母内滚道位置度测量方法,构建了一套滚珠丝杠螺母内滚道位置度测量系统。利用该方法对滚珠丝杠螺母内滚道进行了位置度测量,并与理论值进行了比较。结果表明,该方法具有较高的测量精度及可靠性。研究结果可为回珠器与螺母内滚道的加工位置精度的测量奠定基础。     

用矢量方法分析角锥棱镜直角误差对其光路反射特性的影响

通过矢量分析的方法分析了角锥棱镜的直角误差对其光路反射特性的影响。并定量给出了直角误差和出射光的关系     

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,利用激光干涉测长、精密测角及目标跟踪技术,可对任意点的空间位置进行实时跟踪测量。然而,目标反射器接收角度的大小严重影响了激光跟踪测量系统角度测量精度,为解决激光跟踪测量系统在动态测量中因角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致无法测量问题,研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。最后利用研制角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿实验,结果表明该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69µm减小到9.71µm,垂直角测量误差由35.43µm减小到10.03µm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度。     

激光丝杠测量仪的激光信号监测

HJY012型五米丝杠激光动态测量仪以He-Ne激光的光波波长作长度测量基准,以圆光栅作角度测量基准。准直激光束经分光镜后分成光强为I_1、I_2的两束,分别经参考锥体棱镜和测量锥体棱镜,最后在接收光电管上得到干涉条纹。HJY012型激光五米丝杠动态测量仪专用处理机在将激光信号处理时采用的是迭代法,其处理方法要点是:将λ/8视为与0.1μm等值的单位脉冲,这样脉冲数在数值上将等于测量架的以0.1μm为单位的线位移量。由于实际上两值并不相等,稳频He-Ne激光器的光波波长在标准状态下λ=0.63281917μm因而将有增量产生。此增量可经一定数目的脉冲时     

3D激光球杆仪伸缩导轨运动误差调整与测量

伸缩装置作为3D激光球杆仪的主要部件,其运动精度影响3D激光球杆仪俯仰角和偏摆角的测量值,为克服精密伸缩装置加工困难且成本较高的缺点,获得满足3D激光球杆仪测量精度的伸缩装置,提出以导轨为组件的伸缩导轨运动误差的调整和测量方法。该方法以直线度误差作为伸缩导轨运动精度的测量指标,采用自制准直仪进行伸缩导轨运动误差测量与调整。首先,通过标定实验和稳定性实验验证准直仪的测量可靠性。然后,以准直仪为测量基准进行导轨直线度误差测量,以导轨直线度调整方法为依据进行导轨直线度调整。最后,组装伸缩导轨,逐一运动各层导轨完成伸缩导轨运动误差测量;采用最小二乘法拟合得到上、下导轨与光轴在XR和YR平面的平行度误差,并计算上导轨和下导轨在XR和YR平面的平行度误差;调整上导轨角度,使上、下导轨平行,完成伸缩导轨运动误差调整。实验结果表明:上导轨X向和Y向直线度误差分别由44μm和439μm降到20μm和14μm,下导轨X向和Y向直线度误差分别由45μm和158μm降到25μm和37μm,伸缩导轨X向和Y向直线度误差分别由105μm和281μm降到47μm和48μm,达到提高精度的目的。     

光纤传感器自动瞄准试件边缘测量系统

在小位移测量或材料的热膨胀系数测量中,用一种差动式光纤传感器瞄准试件的边缘。为了提高测量精度,用微机、接口、PZT 和直角棱镜组成闭环系统,实现零差法测量。直角棱镜跟踪位移用干涉仪测量。测量系统的跟踪瞄准精度优于0.1μm。     

用于多波段激光大气透过率测量的太阳辐射计

为了实时测量多个波段激光大气透过率,研制了ISP02型近红外太阳辐射计。详细阐述了该仪器的硬件组成、光学系统设计以及工作流程,并对仪器进行了定标,给出仪器能达到的性能指标。依据建立的基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光波段大气透过率的方法,实测得到1.064,1.315,1.54μm大气透过率,将结果与POM02型太阳辐射计采用外推法获取的激光大气透过率进行对比,误差均小于6%,测量的水汽总量与POM02对比,误差均小于7%;然后,将两者外推的3.78μm透过率进行对比,误差均小于5%。秋冬季实测的1.315μm透过率与激光大气传输评估软件对比,误差小于2%。该仪器测量结果可靠、性能稳定,可为同时获取多个波段激光大气透过率提供有效测量手段。     

大型望远系统波前检测中的波前误差修正

在大型望远系统的波前检测中,固定着五角棱镜的运动平台沿并非严格平面的导轨平台移动时,五角棱镜会发生微偏转产生扫描激光束转向的波前误差。用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,计算扫描激光束入射望远系统子孔径时的波前误差,修正此波前误差得到子孔径范围内望远系统自身的波前。     

基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法

针对小尺寸滚珠螺母因其内腔构型较复杂,孔径小,内腔型面数据获取困难,加工质量评定难以为继的问题,提出一种 基于光谱共焦原理的滚珠螺母多尺度测量方法。 使用非接触式光学位移传感器对其内腔进行分度式轴截面扫描,获取柱坐标 系下内腔表面三维点云数据。 采用均匀插值滤波剔除滚道—内径处的异常点以及小波阈值法对原始测量数据进行去噪。 以二 维小波分解的多分辨分析特性为基础,利用小波分解能量守恒性质自适应确定分解层数,对转换到笛卡尔坐标系中沿母线展开 的螺母内腔表面进行不同尺度分解,分别得到用于计算轮廓结构参数的低频成分与用于评定表面粗糙度的高频成分。 实验结 果表明本文提出的测量方法能够评定滚珠螺母内腔结构尺寸精度及表面加工质量,其重要结构参数如螺距、导程角的加工误差 分别为 2 μm 和 0. 016°。     

圆光栅配合自准直仪测量主轴径向运动误差

提出一种在线非接触式测量主轴径向回转误差的方法,为验证其准确性,搭建了主轴回转误差测量装置并进行了比对实验。该方法主要由圆光栅、读数头、环形平面镜以及激光自准直仪组成。首先,将圆光栅及环形平面镜安装在主轴上,并在双顶尖装置中将光栅安装偏心误差和平面镜与主轴不垂直误差进行标定。然后,将主轴安装在转台上,双读数头对径安装,自准直仪安装在平面镜下方。在主轴回转过程中,双读数头圆光栅可以测得主轴径向运动误差,自准直仪可以测得主轴径向运动误差方向上的偏摆角误差。最后,根据主轴上一点的径向运动误差及其在此方向上的偏摆角误差便可以计算出主轴轴向各个点的径向回转误差。设计了比对实验,结果表明在主轴径向回转误差为±12μm时,本方法与传统单向法比对残差在1μm以内。本文提出的主轴径向回转误差测量方法可以应用到精密主轴回转类装置中,实现在线检测主轴径向回转误差的目的。此外,该方法无需采用标准球,不受轴表面粗糙度、圆度等的影响。     

线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置

直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是测量信号的回光元件。双频激光信号进入直线度干涉仪后组成几何空间对称四光路测量信号。四路测量光走过几乎完全相同的路径有效地提高了干涉仪的稳定性,并且使空程误差最小化。使用楔角为1°的楔角棱镜和2π/512细分的相位计,直线度测量分辨力为17.71nm。该方法不需要与行程同长的大反射参考镜,但同样能实现高分辨率,理论和实验证明空间对称测量结构避免了由俯仰,偏转和滚转角引起的阿贝误差的串扰,而且光学元件少,结构简单,方便易用,结果可以直接溯源到米的定义。     

飞秒激光跟踪仪光轴与竖轴同轴度的标定

考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度,本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法,以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先,基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型,分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。然后,针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法,并设计了一套同轴度检测装置。最后,基于该检测装置,通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示,经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″;平移误差为26.1μm,得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。     

基于激光扫描的桁架结构测量技术研究

为实现桁架结构空间位置的定位和测量,提出并验证一种基于激光扫描测距技术的桁架结构特征信息提取方法。利用激光脉冲在一维方向上进行点云扫描,探测并处理回波信号,获得结构的特征信息。实验结果表明:激光扫描测量方式在20 m范围内,木板的尺寸识别误差在15.5 mm以内,两种模拟结构的识别特征点与真实点偏差范围在5.28%以内,其中横坐标偏差最大为5.28%,纵坐标偏差最大为0.38%,以及识别的直线段参数与真实位置偏差最大为5.63%,结果满足测量精度的要求,验证了该测量方式的有效性。     

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。     

Wolter Ⅰ型反射镜面形在线检测装置设计

由于传统的基于干涉原理的测量方法无法对用于太阳X射线成像仪的WolterI型旋转非球面反射镜进行检测,本文提出了一种在线检测此类反射镜面形的方法。以长程轮廓测量仪的原理为基础,经过改进、整合测量装置并在扫描机构中加入五角棱镜转折光路,搭建了一套WolterI型旋转非球面反射镜面形检测装置,并对该装置的工作原理、结构参数设定以及数据处理算法等进行了研究。用一块标准平面反射镜作为基准面对该装置定标,并通过实测反射镜样品进行验证实验。实验结果表明:该装置的倾斜度测量误差为RMS6.7μrad,重复精度为0.75μrad,轮廓测量精度约为PV0.24λ,RMS0.07λ,基本满足设计要求。