摘要：为了提高半导体激光器的光束稳定性,减少长距离测量中激光光束的漂移,本文设计了基于BP神经网络结合PID控制(BPNN-PID)的双反射镜激光器光束漂移自动补偿系统。在该系统中,将两个四象限光电探测器分别置于测量近端和测量远端,作为激光光束漂移的测量单元;用两个带有压电陶瓷致动器(PZT)的二维角度调整架作为激光光束方向的调整单元。建立了激光光束漂移量与调整单元角度变化的模型,并根据测量单元的输出,通过BPNN-PID方法反馈控制调整单元的角度,从而自动补偿激光光束漂移。实验结果表明使用该激光器光束漂移补偿方法,在15 min时间内,用于测量直线度误差和角度误差的激光测量系统的稳定性在测量距离1 m处,分别从未控制时的±9μm和±5″提高到了±3μm和±1.5″。

摘要：激光多自由度误差测量方法常被用于测量机床运动误差。半导体激光器由于体积小、成本低等优点,常被作为激光多自由度误差测量系统的光源。但是,大气扰动和测量系统的变形将导致半导体激光器的出射光束产生漂移,影响测量系统的稳定性。同时,由于半导体激光器的发光特点,其光斑常为椭圆形,从而制约了以半导体激光器为光源的激光多自由度误差测量系统的测量精度。因此,提出了基于双反射镜的光束漂移自动抑制方法,对半导体激光的光束漂移进行实时测量和补偿;同时提出了光束整形方法,在不加入其他光学元件的同时,修正半导体激光器的光斑形貌。在此基础上,设计并搭建了半导体激光多自由度运动误差测量系统。通过试验可得,测量系统水平直线度误差信号、竖直直线度误差信号、偏摆角误差信号和俯仰角误差信号的稳定性由光束漂移抑制前的6.9μm、6.7μm、5.4arcsec和4.6arcsec提高到光束漂移抑制后的5.5μm、2.5μm、1.3arcsec和1.7arcsec;直线度误差测量精度优于1.9μm,角度误差测量精度优于1.6arcsec。

摘要：为提高三点法圆外径测量方法精度,解决接触式测量精度低和易损伤工件等问题,文中进行了非接触式三点法圆外径测量优化研究。该研究对传感器布放角度进行优化设计,建立考虑传感器安装偏角误差的三点法圆外径测量的数学模型,直接使用解析的方法进行半径求解,避免了傅里叶变换所带来传递函数分母为零的频域特征损失。在此理论研究基础上,搭建了基于电容位移传感器的非接触式三点法圆外径测量装置。使用三坐标测量机建立标定坐标系,拟合测量出3支电容位移传感器的安装偏角,完成三点法圆外径测量装置的参数标定和误差修正。标定完成后应用该测量装置对已知外圆半径为18 mm的标准工件进行测量,6组不同位置的测量结果表明,未考虑传感器安装偏角误差时圆半径测量的最大偏差为19.6μm,标准差为11.9μm,修正传感器安装偏角误差后圆半径测量的最大偏差为3.3μm,标准差为2.2μm,优化的测量方法标准差显著减小,验证了方法的有效性。