觸發(fā)式光纖測頭研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代精密測量技術(shù)朝著精密化、集成化和智能化方向發(fā)展，精密量儀的研究越來越突顯其重要性。作為精密量儀的關(guān)鍵部件--測頭，其精度的高低很大程度決定了精密量儀的測量精度、工作性能、使用效率和柔性程度。目前，對表面輪廓、幾何尺寸、各種模具及自由曲面的測量工作越來越多，精度要求也越來越高，而現(xiàn)有的測頭，無論是接觸式測頭還是非接觸式測頭，都存在一些影響其自身精度的缺陷，所以急需要新的測量原理或者結(jié)構(gòu)來突破這些缺陷的限制。
　　 本文針對

2、廣泛使用的觸發(fā)式測頭測量方法及裝置，詳細(xì)地、系統(tǒng)地介紹和分析了目前各類測頭在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀?？v觀國內(nèi)外研究情況，目前精密觸發(fā)式測頭總是存在原理或結(jié)構(gòu)上的缺陷，諸如由于普遍的三叉式結(jié)構(gòu)引起各向異性，從而導(dǎo)致預(yù)行程變化和重復(fù)性精度低；還有測桿結(jié)構(gòu)會因觸碰力而發(fā)生變形帶來測量誤差；測量靈敏度低或者測量力大；還有抗外界干擾能力差；應(yīng)用上不具有普遍性等。因此避免或者減小誤差項將成為觸發(fā)式測頭研究的重點和難點。
　　 為了解決這個問題，本

3、文在調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，提出一種新型觸發(fā)式光纖測頭測量原理，該原理利用光纖光學(xué)和計算機視覺技術(shù)，充分結(jié)合了接觸式測量的優(yōu)點和非接觸式測量的優(yōu)點。該測頭通過單根發(fā)射光纖將光導(dǎo)入帶有超半球反射膜的球透鏡，光束經(jīng)反射后通過外圍接收光纖束在圖像探測器CCD上形成光斑圖像，根據(jù)光斑圖像數(shù)據(jù)的變化來判斷前端觸碰的情況。同時本文還研制出一套觸發(fā)式光纖測頭樣機系統(tǒng)，通過實驗驗證了本文提出的新型測量原理，并對測頭關(guān)鍵性能指標(biāo)進行了測量。
　　 通

4、過實驗驗證，本文提出的新型觸發(fā)式光纖測頭測量原理完全可行，而且相對傳統(tǒng)的觸發(fā)式測頭，本原理具有各向同性、無測桿變形影響、使用靈活和高靈敏性等優(yōu)點。在測頭性能的實驗中，通過兩種對比實驗方案得出，采用視頻圖像截取的方法測量更精確，精度上測得該測頭的微位移量閾值在X-Y平面內(nèi)小于0.1μm，在X-Z平面內(nèi)小于0.1μm。單向重復(fù)性精度可達0.0449μm。
　　 本文最后在實驗的基礎(chǔ)上，對影響觸發(fā)式光纖測頭精度的因素進行了分析討論。總