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基于激光干涉原理的准直技术的研究

作　者: 袁娜
导　师: 林玉池
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 激光准直 干涉法 光学楔形板 PIC单片机 直线度 软件细分
分类号: TG839
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 490次
引　用: 3次
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内容摘要


随着世界工业技术的迅猛发展,对各项几何参数的测量精度要求越来越高。直线度测量是几何量计量领域里最基本的计量项目之一,也是机械加工中常见而又重要的测量项目,在精密仪器制造与检测、大尺寸测量、大型仪器的安装与定位、军工产品制造等领域中有着广泛的应用。本文介绍了激光准直技术的发展现状,利用激光干涉技术的优势,结合现代传感技术和现代数字信号处理技术,理解激光干涉准直工作原理和结构的基础上搭建了基于光楔干涉的激光干涉准直系统。课题完成了准直光路的设计及基于PIC单片机的自动测量系统的软硬件的设计和调试工作。通过大量实验表明,此系统能够完成导轨直线度误差测量的任务,它具有小型化、低功耗、低成本、便携性等特点。本论文研究的主要内容包括以下几个方面:1、激光干涉法准直技术的原理分析和总体方案设计。包括激光干涉准直系统的总体结构安排、光源和光电元件的选择以及系统的机械结构设计,信号处理方案等。2、信号采集与调理。根据系统光电信号较弱、干扰较强的特点,完成了从光电器件选择到与系统相适应的模拟调理电路设计和调试。3.PIC单片机系统的电路设计。根据课题需要,选用了具有高速数据处理能力,并自带10通道模/数转换模块的PIC16F877作为核心处理器,设计了一套用于信号转换和数据处理的电路系统。4、数据处理方法与软件细分的分析与设计。针对干涉条纹信号的特点,深入地研究了相关的处理技术,设计了数据处理的软件结构和用于干涉条纹计数的软件细分方法。编写了Matlab语言的算法代码,对当前测量系统采集的直线度数据进行拟合分析,进行直线度误差评定。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 研究目的与意义  7-8
  1.2 准直技术的发展与研究现状  8-12
    1.2.1 准直技术的发展  8-9
    1.2.2 激光准直技术分类  9-11
    1.2.3 准直技术的研究与应用现状  11-12
  1.3 本课题主要内容  12-13
第二章 激光干涉准直原理  13-22
  2.1 激光干涉测量法  13-14
    2.1.1 楔形板干涉法  13
    2.1.2 双频激光干涉法  13-14
    2.1.3 光栅衍射干涉法  14
  2.2 激光干涉法准直系统工作原理  14-17
    2.2.1 楔形板干涉光学理论分析  14-16
    2.2.2 系统的工作原理  16-17
  2.3 干涉准直系统总体结构  17-22
    2.3.1 激光发射及扩束装置  17-19
    2.3.2 光学楔形板  19
    2.3.3 光电转换器件  19-21
    2.3.4 光电转换及数据处理电路  21-22
第三章 系统硬件设计  22-37
  3.1 整体要求及框图  22-23
  3.2 电源部分设计  23-26
    3.2.1 电池容量的计算  23-24
    3.2.2 交流输入浮充  24-25
    3.2.3 DC-DC 变换  25-26
  3.3 光电转换单元电路设计  26-30
    3.3.1 概述  26
    3.3.2 前置放大电路  26-27
    3.3.3 差动放大电路  27-28
    3.3.4 电位提升电路  28-29
    3.3.5 整形辨向电路  29-30
  3.4 存储单元  30-31
  3.5 外部通信单元  31-32
  3.6 键盘、显示与单片机  32-37
    3.6.1 单片机系统  32-35
    3.6.2 显示部分设计  35
    3.6.3 按键设计  35-37
第四章 系统软件设计  37-44
  4.1 系统的软件设计  37-41
    4.1.1 系统初始化  37
    4.1.2 模/数转换  37-38
    4.1.3 整周期计数  38-39
    4.1.4 小数部分数据处理  39-41
  4.2 导轨上两点直线度测量数据处理  41-42
  4.3 程序流程图  42-44
第五章 实验数据及误差分析  44-56
  5.1 直线度误差评定方法  44-46
  5.2 实验数据  46-54
    5.2.1 仪器稳定性实验  46-47
    5.2.2 仪器重复性实验  47-48
    5.2.3 空气干扰实验  48-49
    5.2.4 精度比对实验  49-50
    5.2.5 实测实验  50-54
  5.3 误差来源分析及对策  54-56
    5.3.1 激光束漂移  54-55
    5.3.2 机械振动的影响  55
    5.3.3 自然光线的影响  55-56
总结与展望  56-58
参考文献  58-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 公差与技术测量及机械量仪 > 形位偏差测量及其量仪 > 其他形位偏差测量仪
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