基于光纖布拉格光柵的觸發(fā)式三維測頭研究.pdf

1、測頭是坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)的關(guān)鍵技術(shù)。CMM通過測頭來拾取信號(hào)，CMM的功能、工作效率和精度等都與測頭密切相關(guān)。傳統(tǒng)的觸發(fā)式測頭存在預(yù)行程變化量誤差，精度較低。研究新型觸測原理的觸發(fā)式測頭，可以提高測量機(jī)的精度和測量速度，使其功能更加完善。近年來隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光纖布拉格光柵(FBG)因其優(yōu)良的傳感特性也受到研究人員的青睞。
　　 本文將FBG作為敏感元件感受在測量過程中測頭與工件觸碰與否，并藉此產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，使坐標(biāo)測量機(jī)

2、獲得被測物的形狀、位置和表面特征等相關(guān)信息，在理論上驗(yàn)證了FBG應(yīng)用于坐標(biāo)測量機(jī)測頭的可行性。FBG應(yīng)用在觸發(fā)式測頭中，不同于傳統(tǒng)的電觸式開關(guān)測頭，也不同于電阻應(yīng)變式開關(guān)測頭。在基于FBG的測頭系統(tǒng)中，傳感信號(hào)是經(jīng)過波長調(diào)制的光信號(hào)，對微應(yīng)變的靈敏度高達(dá)皮米量級(jí)，經(jīng)過解調(diào)系統(tǒng)的光學(xué)變換和光電轉(zhuǎn)換，將被調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)變易于實(shí)現(xiàn)檢測和處理的電信號(hào)。
　　 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　 1.首次將FBG傳感技術(shù)應(yīng)用在三維觸

3、發(fā)式測頭中，這也是FBG在計(jì)量學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)嘗試。系統(tǒng)研究了觸發(fā)式測頭的觸測原理和將光學(xué)方法應(yīng)用于測頭的途徑、FBG的基本理論以及軸向應(yīng)變作用下的FBG反射譜特性、FBG測頭的組成系統(tǒng)。
　　 2.實(shí)現(xiàn)了一種新型的測頭結(jié)構(gòu)。建立了測頭微位移與FBG上的微應(yīng)變的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；對靜態(tài)和動(dòng)態(tài)觸測力引起的測桿變形結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算；并對測桿的變形以及懸掛系統(tǒng)的剛度進(jìn)行了仿真分析。
　　 3.實(shí)現(xiàn)了一種低成本高效率的光纖布拉格