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基于时间差法的光学共焦式测头

李智  
【摘要】:三坐标测量机作为现代大型精密仪器,在空间三维尺寸测量领域已越来越显示出它的重要性和广阔的发展前景。测头是三坐标测量机的重要部件。它关系到测量装置的测量精度、工作效率和测量功能。按测量方式测头可以分为接触式和非接触式。目前非接触式激光测头具有效率高、响应快、没有摩擦、可测量软质表面等优点,已经成为测头发展的主流。人们希望有更好的、新型的、简单易用的非接触测头可以满足形貌质量控制的要求。本文针对非接触测头这一领域开展了深入研究,以满足这方面需求。这种测头的测量精度高,可达亚微米级,形成的光斑小,可用于微机械系统的检测。 本文提出了一种全新的测量振动透镜位移量的方法,这种测量方法不仅回避了直接测量振动透镜位移量,而且省去了参考光路的使用,应用A/D采样和单片机技术,通过测量一路光路的峰值信号与振动零位的时间间隔来间接的得到被测物体相对于测头零点的位移量大小。使用这种方法进行测量,不但优化了结构,降低了成本,而且使应用更方便,更能有效地服务于现代工业生产领域。 本文论述了基于时间差法的光学共焦式测头的总体设计,包括测头系统的结构设计和改进,信号处理系统的硬件电路设计,信号处理系统的程序控制设计等,并针对研制的测头进行了实验分析,给出了实验结果。 本研究为国家自然科学基金资助项目,项目号为:50275108和50075064,项目名为:“微机电系统中的运动检测技术”和“自由曲面的非接触智能检测技术”。


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