基于特殊棱镜的滚转角测量误差分析补偿方法的研究

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1、文拿京交万方数据硕士学位论文基于特殊棱镜的滚转角测量误差分析补偿方法的研究StudyonErrorAnalysisandCompensationforRollMeasurementSystembasedonSpecialPrism作者：张桐导师：冯其波北京交通大学2014年6月万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家

2、有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：张身嗣导师签名：之为舀i眨签字日期：zo／q年乡月哆日签字日期：2D序年‘n13日万方数据学校代码：10004北京交通大学硕士学位论文密级：公开基于特殊棱镜的滚转角测量误差分析补偿方法的研究StudyonErrorAnalysisandCompensationforRollMeasurementSystembasedonSpecialPrism作者姓名：张桐导师姓

3、名：冯其波学位类别：工学学科专业：光学工程学号：11121842职称：教授学位级别：硕士研究方向：光电检测技术北京交通大学北尿父趟大字2014年6月万方数据致谢本论文的工作是在我的导师冯其波教授的悉心指导下完成的，两年来冯老师不仅指导我完成了硕士期间的学业，更重要的是为我的前途点亮了一盏明灯。从恩师身上我学到了做学问需要有求真务实勤恳钻研的态度，更领悟到了做人需要有与人为善的品格和积极向上的心态。在我遇到困难和挫折之时是冯老师的支持和鼓励使我决心继续深造，坚持自己的理想并努力追求更高的目标。在此向冯老师表示真诚的感谢。在两年

4、的硕士期间，谢芳教授、高瞻教授、邵双运副教授、张斌副教授、陈士谦高工、崔建英高工在学习和生活上都给予了我很大的关心和帮助。正是由于老师们循循善诱和认真负责的详细指导，我才能顺利完成学业。老师们的谆谆教导我会谨记于心。在此向老师们表示由衷的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，博士师兄高岩，博士师姐杨婧、高晓婧、孙嘉鹏给予了我非常热情的帮助，在此向他们表达我的感激之情。感谢一直以来陪伴在我身边的朋友，是你们的陪伴让我不断变成更好的自己。本论文的工作得到国家自然科学基金(No．50675017和No．51027006)的经费资助，特

5、此致谢!万方数据摘要摘要：在制造业中，加工设备几何位置姿态的检测精度决定着产品的加工精度和质量。通常，数控机床的几何位置有六个自由度误差分量需要测量，其中以滚转角误差的检测最为困难，怎样提高测量精度是滚转角检测研究中的一个难点和重点。为了提高其测量精度，该领域的专家和学者尝试了许多不同的方法，在这些方法中，通过误差分析和补偿提高测量精度以其廉价易实现的特点被多数研究人员采用。本论文以基于斜方棱镜的双平行光束滚转角测量系统为研究对象，以提高该测量系统的精度为研究目的，主要研究工作如下所示：首先，利用反射矩阵，折射矩阵和转动矩阵

6、，结合光点追迹方法计算出滚转角测量系统的数学模型。然后，在所建模型的基础上，逐项分析棱镜制造误差，系统安装误差及其他自由度误差对滚转角测量结果的影响，算出棱镜制造误差及误差串扰存在时的滚转角测量公式，以此为基础提出相应的的误差补偿方法。最后，搭建滚转角测量装置，使用最小二乘法计算得到棱镜制造偏差，通过自准直仪测出俯仰角误差，在此基础上对滚转角测量结果进行误差补偿并通过对比实验验证误差补偿方法的效果。理论推导结果显示，滚转角测量系统所存在的误差中，斜方棱镜制造误差和俯仰角误差对滚转角的测量结果会产生影响。对比实验结果表明，经过

7、补偿后，实验装置所得滚转角的最大误差从补偿前的347．2”显著降低到3．5”，验证了该误差补偿方法的有效性和可行性。关键词：滚转角测量；斜方棱镜；误差分析；误差补偿分类号：TH741万方数据ABSTRACTABSTRACT：Theprecisionofthemeasuringinstrumentisveryimportanttotheproductsqualityinmanufacturingindustry．Therearesixerrorcomponentsthatshouldbemeasuredforthelinear

8、guide．Amongallthesixerrorcomponents，themeasurementofrollangleerroristhemostdifficultpart．Inordertoimprovethemeasuringprecisionofrollangleerror,th