面向激光追踪测量系统的空气折射率补偿方法研究

论文摘要

高端制造装备的快速发展对机床和坐标测量机的标定技术要求越来越高。激光追踪测量技术作为高端制造装备的核心技术之一,成为目前亟待解决的关键技术问题,因此对作为校准仪器的激光追踪测量系统的测量精度也提出了更高的要求。课题“面向激光追踪测量系统的空气折射率补偿方法研究”的目的就是在激光追踪测量基础上,研究一种高精度的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法。本课题的研究为实现高精度激光追踪测量技术提供了技术储备,在精密工业与工程领域有广阔的应用前景。(1)面向激光追踪测量系统的空气折射率补偿方法研究本文首先从激光追踪测量的原理出发,分析了激光追踪测量系统在干涉测量过程中由环境因素引起的空气折射率误差,调研了国内外研究现状,分析了多种空气折射率补偿方法的优势与不足,为激光追踪测量系统的空气折射率补偿方法的提出奠定了的基础。(2)补偿系统的软件及硬件设计完成了基于FPGA和DSP激光追踪测量系统空气折射率补偿系统的硬件电路设计,包括电源模块、环境参数传感器多通道数据采集模块、FPGA逻辑控制模块和串口通讯模块。设计了基于FPGA的面向上位机的串口数据传输程序,以及面向外部DSP芯片的并口数据传输程序。利用G编程语言编写了基于LabVIEW的上位机数据采集软件。(3)实验分析最后,本文针对空气折射率补偿系统进行了仿真和实验验证,主要包括:对设计的空气折射率补偿系统的采集电路进行了测试,对实验数据进行了分析和处理;进行了系统联调实验,实验结果表明本系统可以完成对空气折射率的实时采集,可以补偿激光追踪测量系统的激光干涉位移测量结果;进行了对比实验,利用迈克尔逊干涉仪测量空气折射率的结果与本文研究的空气折射率补偿系统的测量结果进行对比,验证了本文研究的空气折射率补偿系统的正确性;分析了系统的测量不确定度。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 激光追踪测量系统国内外研究现状

1.3 空气折射率补偿技术国内外研究现状

1.3.1 经验公式补偿法

1.3.2 利用空气折射率计补偿

1.3.3 双色法

1.3.4 光学频率梳法

1.3.5 空气折射率补偿的其他方法

1.4 课题来源及主要研究内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 主要研究内容

第2章空气折射率补偿系统总体设计

2.1 激光追踪测量系统的工作原理

2.2 面向激光追踪测量系统的空气折射率补偿原理及方案

2.2.1 空气折射率补偿系统原理及指标

2.2.2 空气折射率补偿系统设计方案

2.2.3 空气折射率补偿系统处理器选型介绍

2.2.4 空气折射率补偿系统模数转换部分选型介绍

2.2.5 空气折射率补偿系统传感器选型介绍

2.3 本章小结

第3章系统硬件部分设计

3.1 系统下位机数据传输

3.2 FPGA各部分程序设计

3.2.1 本系统FPGA设计及仿真软件

3.2.2 FPGA控制AD转换模块程序

3.2.3 数据进制转换模块

3.2.4 串口发送模块

3.2.5 DSP外部接口设计

3.3 系统硬件电路设计

3.3.1 电源部分

3.3.2 信号放大电路设计

3.3.3 ADC部分电路设计

3.3.4 FPGA外围电路配置设计

3.3.5 串口配置电路

3.3.6 下位机电路整体设计

3.4 本章小结

第4章系统软件设计

4.1 上位机程序开发语言

4.2 上位机程序具体设计

4.2.1 程序整体功能概述

4.2.2 上位机软件界面

4.2.3 串口通信模块

4.2.4 数据计算模块

4.2.5 数据存储模块

4.3 实验验证

4.4 本章小结

第5章实验

5.1 比对试验

5.2 ADC模块精度测试

5.3 系统不确定度分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 戴成睿

导师: 石照耀

关键词: 空气折射率,激光追踪测量,误差补偿

来源: 北京工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 北京工业大学

基金: 国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ17053904)

分类号: TN249

DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000925

总页数: 70

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