机床溜板运动精度PSD光电检测设计.
摘 要
应用光电新技术对机床几何精度检验中溜板运动精度检验项目进行改造。具体实施方法是：应用光学自准直系统对溜板运动检验过程进行检测。
检测采用光学三角法和PSD的测量原理开发了基于PSD的测距系统；深入分析了本测距系统的工作原理和PSD的输出信号处理电路；并通过实验详细探讨了本测距系统误差产生的原因。 本文研究内容包括以下几个方面： 1.深入研究了基于PSD的测距原理，分析了位置尺寸与光学系统参数之间的关系、PSD与光轴夹角的关系并讨论了特殊情况。研究了一维PSD的工作原理和信号输出特性。2.设计了基于PSD的测距系统的硬件组成，对硬件组成进行了分析和选型。详细介绍了PSD信号处理的基本电路，对电路的前置放大器进行了深入研究，改进了PSD信号处理的基本电路，采用采样-保持法以消除暗电流和背景光的影响，采用软件除法代替模拟除法器以提高稳定性。3.开发了系统软件，详细介绍了用户界面、标定、自动测量、数据采集处理模块。4.测距系统实验研究。包括系统标定、系统稳定性、系统精度、不同环境光对系统测量影响等实验，通过对实验数据和实验条件的分析，探讨了本测距系统误差产生的原因。
结合计算机技术对检测结果在线分析，绘制出更贴近实际的机床溜板运动曲线，计算出误差范围；利用智能仪器系统技术给出良好界面的可视化分析结果。
关键词： 溜板精度 ；光学PSD；激光技术
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。
几何精度是指机床由于经过长时间运行而带来结构件偏差而影响其精度，所以调整维护的工作量大。通过水平仪、千分比较仪、主轴检棒、千分表、平尺、T形槽专用检具、90度角尺、等高块、轴窜检具等专用检具对机床整机水平进行全面调整。机床几何精度检验是高等院校机械制造专业重要实验课程之一，而机床几何精度检验在机床制造厂产品出厂质量检验，机加工车间维修过程中是必不可少的检验内容。在机床溜板运动精度检验项目中，通常使用的主要检验工具为合像水平仪。所使用的合像水品仪检验精度低，操作复杂，操作使用需要培训时间长，仪器使用的人机界面不友好，甚至需要手工描绘近似精度曲线，效率比较低，使用很不方便。自准直仪是利用光学自准直原理，用于小角度测量的重要测量仪器。由于它具有较高的准确度和测量分辨力，因而被广泛应用于精密的测量工作中，如：在角度测量、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量、导轨的直线度测量等方面自准直仪发挥着重要的作用。然而，传统自准直仪测量准确度的提高和测量范围的增大受许多因素的限制：首先，由于测角公式的近似所带来的原理误差以及光学系统的畸变均限制了视场范围。其次，由于人眼瞄准和读数会产生瞄准误差及估读误差。另外，使用机械机构实现对反射像的跟踪，存在着跟踪频响及测角精度低的缺点，切结构复杂。为解决上述问题，本设计宗旨是利用成熟的光电技术，开发出效率高，精度高，自动化程度高，成本低的溜板运动精度检验新技术和方法。此项研究开发对于高校相关实验课程设备的技术更新，以及在工业生产中用该项新技术提高检验精度和效率，均有着很好的意义和技术开发价值。
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