發(fā)布時間：2018-01-08所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 對于運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)中幾何誤差較大的問題，提出一種基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)硬件由計算機(jī)、電氣控制柜、電動機(jī)、激光干涉儀、同心儀等組成。軟件系統(tǒng)引入一種測量數(shù)學(xué)模型，能夠進(jìn)行快速誤差鑒別、行蹤測量，通過測
對于運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)中幾何誤差較大的問題，提出一種基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)硬件由計算機(jī)、電氣控制柜、電動機(jī)、激光干涉儀、同心儀等組成。軟件系統(tǒng)引入一種測量數(shù)學(xué)模型，能夠進(jìn)行快速誤差鑒別、行蹤測量，通過測量模型的數(shù)據(jù)有效地避免了幾何誤差的出現(xiàn)，提高了運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確度。實驗驗證了基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)的設(shè)計方案的有效性。
關(guān)鍵詞： 激光干涉儀,運(yùn)動誤差測量,幾何誤差避免,激光干涉
隨著精密加工的要求不斷增加，對于大型精密部件，比如電子元件、電路元件以及液晶面板等都已經(jīng)可以進(jìn)行μm甚至是nm級別的精加工。隨之而來，對于進(jìn)行精加工過程使用的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)的要求也更加的精確。為了滿足高精度的測量需求，使用光學(xué)儀器或者是元器件對精加工過程進(jìn)行系統(tǒng)的測量是非常有效的。
但是，大多數(shù)的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)都會受到各種應(yīng)力、測量環(huán)境、幾何尺寸、運(yùn)動軌跡等因素的影響，造成一定的測量誤差，特別是幾何誤差是所有系統(tǒng)中最難以避免的。所以在測量過程后還需要一定的誤差排除。為了有效地避免由于各項情況特別是幾何形狀帶來的誤差[1]，使用激光干涉儀與運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)相融合進(jìn)行有效的檢測，能夠有效地避免誤差的產(chǎn)生，特別是對幾何誤差最有效果。
根據(jù)上述情況，本文提出了一種基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)設(shè)計方案，這樣可以有效地避免幾何誤差帶來的測量精度不準(zhǔn)確的情況。
1 測量誤差問題
對于運(yùn)動測量過程中產(chǎn)生的誤差形式有很多，其中最主要的是幾何誤差，還包括：應(yīng)變力誤差、熱變形誤差、運(yùn)動軌跡誤差等。這些誤差對于測量結(jié)果影響最大的是幾何誤差，有時候可以達(dá)到45%以上。
傳統(tǒng)的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)進(jìn)行檢測時是無法避免的，經(jīng)常會使用大量的誤差修正系統(tǒng)進(jìn)行修正，這樣嚴(yán)重地影響了測量的精確度。激光干涉儀是一種高精度的光學(xué)測量儀器，其測量量程大，并且可以進(jìn)行承載式的測量，可以有效地避免由于形狀改變造成的誤差。為此，本文把激光干涉儀與運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)進(jìn)行有效的融合，對于幾何誤差使用激光干涉儀進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)，這樣就可以消除誤差提高測量的精度[4?5]。
2 利用激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)設(shè)計
本文設(shè)計的基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)中，把激光干涉儀分組進(jìn)行安裝，固定在基座的定位器上，在測量過程中根據(jù)測量的尺寸需要進(jìn)行一定的調(diào)整，同時自動校準(zhǔn)裝置可以根據(jù)現(xiàn)有的激光干涉儀進(jìn)行配比[6]。本文設(shè)計的基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)，在測量過程中，激光干涉儀可以步進(jìn)式的進(jìn)行測量，保證在每一步的測量過程中，能夠有效地避免測量誤差的產(chǎn)生，同時保證測量的精準(zhǔn)度[7]。
2.1 線性方程組優(yōu)化
基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)在進(jìn)行測量過程中，為了測量精準(zhǔn)度可以進(jìn)行聯(lián)立方程組，同時可以根據(jù)方程組求解，定義方程組如下：
式中：x1和x2分別表示水平距離上的進(jìn)行測量的距離以及運(yùn)動距離;r，xy，x3和xs分別進(jìn)行測量過程中所有的增量。在測量過程中，由于發(fā)生幾何突變是一個未知數(shù)，因此需要進(jìn)行一定的距離限制能保證測量過程中的精準(zhǔn)度，每設(shè)置一定的距離后便可以進(jìn)行相應(yīng)的測量。假設(shè)激光干涉儀自動校對過程中的前進(jìn)距離為n1，n2，n3，n4;f(xn)表示的是運(yùn)動的軌跡輪廓變量;當(dāng)輪廓的采集點數(shù)為D時，進(jìn)行掃描過程中的測量值為er。為了保證測量的精準(zhǔn)度還需要進(jìn)行誤差聯(lián)立，如下：
以公式中的D2以及c2為修正值，保證測量過程中的移動間距的有效性。
2.2 引用最小二乘算法
在測量過程中，假設(shè)存在一定幾何誤差，根據(jù)誤差存在的隨機(jī)性和幾率，以及誤差的獨(dú)立性。可以使用線性最小二乘法得到矩陣序列為：
輪廓數(shù)據(jù)的測量不定性誤差可以計算出來，且不定性因素可以根據(jù)最小二乘法變形得到誤差傳播矩陣Sx，矩陣序列為：
式(5)為整體測量的不確定性方程組，其中不確定因素有的N，i與j都是已知的測量數(shù)據(jù)。
2.3 對角線法測量誤差的優(yōu)化
用激光干涉儀進(jìn)行干涉以及信號接收都是由頻段譜進(jìn)行的，其頻段譜的頻率如圖2所示。
單頻激光干涉儀與測量軸成一定的角度，起到偏振器的作用，經(jīng)過偏振后變?yōu)橐皇�偏振光，經(jīng)過端口分光棱鏡的分離可以有效地改變光源軌跡。
3 試驗驗證
為了驗證本文設(shè)計的基于激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)的有效性，設(shè)計了對比試驗。對一個矩形的工件精加工后，先使用傳統(tǒng)的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)進(jìn)行測量，然后使用本文設(shè)計的利用激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。
由此可以看出，本文設(shè)計的利用激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)能夠有效地提高準(zhǔn)確率，避免了幾何誤差，通過表1可以看出誤差率明顯下降。
4 結(jié) 語
本文利用激光干涉儀的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)能有效地避免誤差的產(chǎn)生，解決了傳統(tǒng)的運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)誤差率高的難題。希望能夠為運(yùn)動誤差測量系統(tǒng)的改進(jìn)提供理論依據(jù)。
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