激光外差干涉直线度测量的阿贝误差分析及补偿研究

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1、密级★保密期限：ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目：激光外差干涉直线度测量的阿贝误差分析及补偿研究英文论文题目:AnalysisandcompensationofAbbeerrorinthelaserheterodynestraightnessinterferometer学科专业：测试计量技术及仪器作者姓名：徐斌指导教师：陈本永完成日期：2015.01.07万方数据万方数据万方数据摘要在现代精密机械及仪器的制造中，直线度作为表征零件形状的主要几何要素之一，在机械精度中有着重要的地位和作用。激光外差干涉直

2、线度测量方法以其高精度、高信噪比、高抗干扰性等特点在直线度测量领域得到了广泛应用。但是在实际测量过程中，系统存在的阿贝误差严重制约了激光外差干涉直线度测量方法测量精度的提高。本论文依托国家自然科学基金项目“误差补偿式激光偏振干涉直线度及位移测量方法研究”(No：51375461)，就激光外差干涉直线度及其位置测量系统中的阿贝误差分析及其补偿方法进行了相关研究，旨在减小或者消除该测量系统中的阿贝误差影响，在提高其直线度及其位置测量精度的同时给出了基于该系统的多自由度同时测量方法。论文综合分析了激光直线度测量方法和阿贝误差及其补偿方法的国内外研究现状，介绍了激光外差干涉直线度及其位置

3、同时测量的原理，分析了该方法在测量过程中存在的阿贝误差产生的原因，设计了具有多自由度检测及阿贝误差补偿的激光外差干涉直线度及其位置测量系统的光路结构，建立了阿贝误差的检测数学模型，利用激光追迹法以及光学几何法分析了系统直线度测量过程中存在的多自由度参数与探测器接收到的光斑位置之间的映射关系，由此给出了系统六自由度同时测量的表达式，随后分析了被测导轨的角度误差对系统直线度及其位置测量结果的影响，提出了直线度及其位置检测的阿贝误差补偿方法及表达式，接着设计了信号处理系统，包括激光干涉信号处理以及阿贝误差检测信号处理，最后利用VisualBasic语言设计了系统上位机软件。为了验证本论

4、文提出的激光外差干涉直线度测量系统多自由度检测及阿贝误差补偿方法的可行性，搭建了系统整体实验装置，分别进行了以下实验：(1)单参数检测与比对实验，包括俯仰角、偏摆角、滚转角、水平直线度的检测及比对。实验结果：俯仰角检测结果与Renishaw干涉仪中的角度测量组件的测量结果的偏差最大值为1.586arcsec，标准偏差为0.568arcsec；偏摆角的检测结果与Renishaw干涉仪中的角度测量组件测量结果的偏差最大值为0.842arcsec，标准偏差为0.352arcsec；滚转角的检测结果与WL11电子水平仪的测量结果的偏差最大值为2.692arcsec，标准偏差为1.080a

5、rcsec；水平直线度检测与Renishaw的直线度测量组件的测量结果的偏差最大值为1.869μm，标准偏差为0.735μm。由这些检测比对结果可知，论文提出的系统的各个参数检测方法具有可行性且能达到较高的测量精度。(2)阿贝误差补偿实验，包括被测导轨直线度及其位移的检测及补偿实验，实验结果：补偿前系统直线度测量结果与Renishaw固定测量镜法的测量结果的偏差最大值为-I-26.311μm，标准偏差为9.767μm，补偿后的系统直线度测量结果与Renishaw的固定干涉镜法的测量结果的偏差最大值为2.075μm，标准偏差为0.935μm。补偿前系统的位移测量结果与PI导轨的定位

6、位置结果的偏差最大值为10.229μm，标准偏差为3.669μm，补偿后的系统位移测量结果与PI导轨的定位位置结果的偏差最大值为0.712μm，标准偏差为0.331μm，由此可见论文提出的直线度及位移补偿方法具有很好的补偿效果，有效的提高了系统直线度及其位置的测量精度。(3)为了验证系统系统多自由度同时检测及阿贝误差补偿的重复性，进行了系统重复性测量实验。三次实验结果为：偏摆角的标准偏差依次为2.50arcsec、2.23arcsec、2.34arcsec；俯仰角的标准偏差依次为9.00arcsec、9.33arcsec、9.16arcsec；滚转角的标准偏差依次为3.39arc

7、sec、3.44arcsec、3.29arcsec；水平直线度的标准偏差依次为2.02µm、2.27µm、2.64µm；垂直直线度的标准偏差依次为2.52µm、2.43µm、2.64µm；位移的标准偏差依次为：0.33µm、0.29µm、0.31µm。实验结果表明系统具有很好的测量重复性。关键词：直线度；阿贝误差；补偿方法；多自由度；比对实验。-II-AnlysisandcompensationofAbbeerrorinthelaserheterodynestraightness