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激光扫描外径精密检测方法的理论与实验研究

姜涛  
【摘要】: 激光扫描外径精密检测是以激光为光源,由高速旋转的多面棱镜反射,经k-θ透镜畸变产生匀速扫描光,对被测件进行光束扫描,准确测量对被测件的扫描时间,充分考虑测量过程中产生的误差,并对其进行修正与补偿,实现外径精密检测的方法。激光扫描检测,由于具有高速、非接触、高精度测量等特点,特别适合检测热的、软的、运动的和振动的各种被测对象。因此,可广泛应用于机械、航空航天等领域精密加工在线检测与质量控制,具有广阔的应用前景。 论文对激光扫描精密检测系统的设计与实现进行了详细论述。设计了系统的机械结构、光学系统、控制系统总体方案,并对系统涉及的关键技术进行了详细论述,对激光准直、多面棱镜光束扫描、k-θ透镜设计、光电信号处理等关键问题进行了详细的分析与设计。 论文以专题的形式详细分析了影响检测系统精度的主要误差源,即:扫描棱镜形位误差、扫描速度波动、边缘检测误差、激光光强变化、光学零件安装误差以及环境烟尘、大气湍流等对系统检测精度的影响,给出了相应的补偿措施,并通过数字仿真与实测实验验证了补偿措施的正确性与有效性。为进一步提高系统精度,考虑到检测范围内存在非线性,文中采用BP神经网络算法对多组实测数据进行训练,建立了系统精度标定的数学模型,并利用典型标准样件对训练所得标定模型进行实验验证,结果表明标定模型正确、有效,满足系统实时性与检测精度要求。此外,文中简要介绍了基于系统运行参数监测的系统故障检测与诊断方法,分析了本系统主要监测参数及其变化范围,给出了故障位置判断与故障预警等处理方法。 论文主要对激光多面棱镜匀速扫描外径精密检测方法的理论及相关技术进行实验研究,对光电检测系统的关键技术和影响测量精度主要因素进行了深入研究和实践,为检测仪器产业化设计、开发奠定了基础。


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