论文部分内容阅读
激光因为具有一系列显著的特性优势被应用于众多精密机械行业，包括精密制造、精密测量等，但是在激光应用的实际处理中仍然存在很多干扰因素使其精度受到限制。其干扰因素主要有激光器的内部构造热变形影响、空气折射率变化影响、大气湍流干扰等。在较长距离的测量中空气扰动干扰会造成激光束抖动现象，是造成测量不确定度大的主要原因，本文研究目的即为提升激光精密测量稳定性。基于激光束抖动的随机性特点，本文首先采用时间序列分析方法，设计了ARMA滤波器对激光束抖动进行主动滤除，其次利用PZT微位移执行器设计了一套光程终端反馈测量方法，对激光束抖动误差进行被动控制补偿，最终通过实验验证测量结果的稳定性在很大程度上得到了提高。 本文首先分析了激光束抖动的产生原因以及抖动引起的误差形式，其中重点研究了大气湍流这一影响因素，并结合四象限探测器的检测原理研究了对激光束角漂的分离检测，在实现了四自由度误差测量的基础上设计了一种新的带反馈测量方法。 然后，根据激光束抖动的随机性特点，本文利用时间序列分析方法对激光测量的漂移数据进行了相关分析，在建立一般理论的ARMA模型基础上经过数学推导设计了ARMA滤波器，其次编写相应的MATLAB程序对已有的激光漂移数据进行了滤波仿真，仿真结果显示了很好地抑制效果。后又搭建了激光直线度测量平台进行实时滤波实验，实验结果表明ARMA滤波器可减小激光测量大约20%的测量不确定度。 最后，基于四自由度测量原理以及利用PZT反馈执行器，搭建了长达4m的光程终端反馈测量光路，为了验证反馈效果，在整个光程的0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m处分别进行了大量验证实验。在最终的实验结果中，由于漂移数据存在不等的趋势性漂移，对数据进行了趋势性去除措施后分别计算了数据的不确定度，结果表明，通过反馈补偿误差可在很大程度上减小激光测量的不确定度。