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线径的激光投影成像差动测量方法与系统研究

作　者: 何晓瑞
导　师: 钟毓宁；王选择
学　校: 湖北工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 投影法硅光电池差动技术光强反馈控制
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 25次
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内容摘要

细圆柱体广泛应用于航空、航天、军工及民用领域,对其直径精密而高效的测量能够提高这类零件的分选精度,从而可以提高使用这类零件的部件或仪器的装配精度、降低次品率和生产成本、增加生产效率、减小资源消耗,因此对细圆柱体直径的分选测量技术进行研究有重要意义。本文以提高激光投影成像法测量细圆柱体直径的测量精度为主要目的,在查阅大量国内外文献,详细分析国内外研究现状的基础上,主要完成了以下几方面的研究内容：首先,提出一种基于投影成像法的细圆柱体直径差动测量技术。以V型槽做定位基准,利用差动技术对硅光电池接收的信号进行差分处理,消除背景光强带来的影响,提高系统的测量精度及测量分辨率,利于高精度分选。其次,采用软件补偿方法,消除激光器光强不稳定性。该方法利用C8051F330单片机反馈控制流过激光器的电流,实现对光强稳定性的实时控制,使其能够在短时间内进行自我调节至理想状态。实验证明,采用此反馈控制系统后,激光器的光强转换电压可控制在25mv±3mv。第三,针对系统需要精密测量的要求,对测量系统的硬件进行了细致的研究分析,包括器件选型,硬件电路设计及优化等。对交流调制信号发生电路进行了详细的分析,通过实验验证,发现了其缺陷所在,纠正了之前关于差光强变化与激光加载电流关系的分析。第四,研究了消除光强不稳定现象的反馈控制算法,并编写针对A/D、D/A及液晶显示的软件开发程序。最后,对测量试验结果及其各项误差进行了分析。实验数据表明：试验研制的适合高精度分选的测量仪,针对同一标准的被测工件其测量精度可高达±0.2μm,系统总体测量误差为0.98%,测量范围为1mm-6mm,基本满足所需设计仪器的各项性能指标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章引言  9-17
  1.1 课题研究的目的和意义  9
  1.2 直径测量理论及方法  9-13
    1.2.1 接触式测量法  10
    1.2.2 非接触式测量法  10-13
  1.3 差动测量方法的运用  13-14
  1.4 激光漂移的补偿方法  14-15
  1.5 测径仪的研究现状  15
  1.6 课题研究内容及特点  15-17
第2章系统测量方法的研究  17-25
  2.1 技术指标和功能  17
  2.2 实验测量方案与选定  17-24
    2.2.1 双端绝对测量法  17-19
    2.2.2 单端测量法  19-22
    2.2.3 双端相对测量法  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章测量系统的硬件设计  25-48
  3.1 测量系统的总体结构  25-26
  3.2 光学器件的设计及选定  26-28
    3.2.1 光源的选定  26
    3.2.2 光电探测器的选定  26-28
  3.3 光电转换及前置放大电路设计  28-31
    3.3.1 前置放大器选型  28-29
    3.3.2 电路原理设计  29-31
  3.4 光强正弦调制发生及处理电路设计  31-43
    3.4.1 高精度正弦调制电路  31-34
    3.4.2 激光恒流驱动电路设计  34-35
    3.4.3 测量信号的提取  35-40
    3.4.4 半导体激光器电流加载特性研究  40-41
    3.4.5 交流调制下激光光斑均匀性研究  41-43
  3.5 针对光漂的直流反馈电路设计  43-46
    3.5.1 光漂产生原因  43-44
    3.5.2 硬件补偿方法  44-45
    3.5.3 软件补偿方法  45
    3.5.4 直流光强测量结果比较  45-46
  3.6 直流与交流硬件定位及处理单元比较  46-47
  3.7 本章小结  47-48
第4章测量系统的软件设计  48-54
  4.1 光电信号的A/D转换  48-49
  4.2 激光加载电流的D/A控制  49
  4.3 光强反馈控制算法的确定  49-51
  4.4 测量值液晶显示  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章实验结果与误差分析  54-61
  5.1 测量结果分析  54-57
    5.1.1 采用光强反馈控制系统前测量数据分析  54-55
    5.1.2 采用光强反馈控制系统后测量数据分析  55-57
  5.2 系统误差分析  57-60
    5.2.1 影响测量精度和仪器性能的因素  57-58
    5.2.2 主要误差分析  58-59
    5.2.3 整体理论误差分析  59-60
  5.3 本章小结  60-61
第6章总结与展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
附录1 攻读硕士学位期间发表学术论文  67-68
附录2 测量系统电路原理及实物图  68-70
附录3 反馈控制及测量值显示程序  70-73

线径的激光投影成像差动测量方法与系统研究

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