基于QPD的多自由度光學測頭研發(fā)及應用.pdf

1、隨著科學研究的發(fā)展，科學實驗和工業(yè)生產(chǎn)對多自由度測量技術提出了高精度和適用性的需求。多自由度測量技術已非一般機械式傳感器所能解決，目前廣泛研究的多自由度測量系統(tǒng)如激光干涉儀等由于成本高昂、體積大、裝配復雜等原因限制了其廣泛應用，因此設計出一種造價低、結構簡單、體積小、精度高的多自由度誤差測量傳感器顯得十分必要。本文在國家自然科學基金重大項目“功能形面結構與性能的耦合建模與影響機理研究”(項目編號:51490660/51490661)的支

2、持下，研究一種基于QPD組件和半導體激光器的光學非接觸式測量裝置，最多能夠實現(xiàn)四個自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時測量。
　　本文首先闡述了國內外在多自由度測量傳感器研究領域的發(fā)展狀況，對基于各種測量方法的多自由度測量技術進行了比較。然后設計了基于光電自準直原理的四個自由度誤差（X、Y方向直線度誤差、偏擺角和俯仰角）的同時測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在自準直原理的基礎上分離出了一束測量二維位移的基準光束。分析了角度測量

3、對位移測量的誤差影響，并提出了解決的辦法，實現(xiàn)誤差分離。根據(jù)方案搭建了相應的光路、設計了合理的機械結構、完成了硬件電路和上位機軟件的編寫。
　　通過對傳感器的標定試驗， X方向和Y方向位移在±200μm范圍內測量精度在1μm左右，偏擺角的測量精度能夠達到2"，俯仰角的測量精度能夠達到3"（在800"量程范圍內）。此外還建立了角度偏轉對位移影響的誤差模型，實現(xiàn)了位移測量和角度測量的誤差分離。最后將標定好的傳感器用于測量機床主軸系統(tǒng)的