光纤光栅探针测量误差分析与视觉引导技术研究

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1、硕士学位论文光纤光栅探针测量误差分析与视觉引导技术研究ERRORANALYSISANDVISUALGUIDANCETECHNOLOGYOFFIBERGRATINGPROBE张浩然哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP23学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文光纤光栅探针测量误差分析与视觉引导技术研究硕士研究生：张浩然导师：崔继文教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP23U.D.C:621DissertationfortheMasterDe

2、greeinEngineeringERRORANALYSISANDVISUALGUIDANCETECHNOLOGYOFFIBERGRATINGPROBECandidate：ZhangHaoranSupervisor：Prof.CuiJiwenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2018Degree-Conferring

3、-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，随着精密加工技术的不断发展，在微加工领域出现了一批具有微尺寸特征的微结构。目前，四芯光纤光栅探针传感器及其测量系统实现了对微孔的高精度测量效果。然而，现有的测量方式缺乏对四芯光纤光栅探针传感器本身测量误差的分析，无法进一步地对探针传感器返回的信号进行补偿；除此之外，目前还未将探针传感器与视觉测量系统相结合进行测量工作，需要进一步围绕视觉测量系统对探针传感器进行引导这一技术展开研究，这其中涉及到调倾系统、影像系统等之间的空间坐标系标定工作。针对目前缺乏对探针传感器返回的信号进行误差分析与补偿，以及缺少

4、对探针传感器的视觉引导和测量系统之间的空间坐标系标定的研究现状，结合四芯光纤光栅微尺度探针传感器现有技术，进一步分析四芯光纤光栅探针传感器在测量过程中引入的误差，实现对探针传感器返回的信号进行补偿；在此基础上，完成调倾系统、影像系统、探针系统三者之间的坐标系标定等工作，实现对光纤光栅探针传感器的视觉引导和调倾系统、影像系统等空间坐标系之间的关系标定。论文的主要研究内容如下：1、探针半径补偿与球度标定研究：针对四芯光纤光栅探针传感器缺乏对其返回的空间信号进行误差分析和补偿的研究现状，进一步分析四芯光纤光栅微尺度探针传感器在测量过程中引入的误差，建立由传感器返回信号处的位置信息到实际接触点位置信息

5、的半径补偿矢量模型，从而实现由传感器返回信号到接触点的空间坐标信息半径补偿，提高探针传感器测量信息的准确性。2、探针测量系统的误差分析：建立探针传感器与三轴位移平台相结合进行测量时，由于两者坐标系间存在旋转错位以及探针传感器挠曲变形而引入的误差模型，分析误差产生的原因，进一步地对测量系统的误差进行补偿；将探针传感器的补偿误差和测量系统的系统误差相结合，对实际测量过程中的误差进行综合分析。3、调倾系统标定与探针视觉引导研究：对调倾系统、回转系统的空间坐标系变换关系进行研究，通过实验方法得到系统的调倾中心与回转中心坐标，获得系统调整至不同倾斜角度下的空间位置信息；分析探针测量系统与影像测量系统之间

6、的坐标系关系，通过建立起两坐标系之间的联系，实现对光纤光栅探针传感器的视觉引导。-I-摘要4、测量系统的平台搭建与测试实验：搭建实验测量系统，对微平面法和四点共球法的补偿精度进行比较；利用标定球对探针传感器针尖的球度情况进行标定，得到其平均半径为83.37μm，球度达到5.78μm；对影像系统、探针系统之间的坐标系关系进行分析，实验中得到其重复性达到0.2μm，定位误差小于1.7μm；对调倾系统和回转系统中涉及到的空间坐标系变换进行研究，实验得到其对应的定位误差分别小于1μm和0.8μm。本文进一步研究了四芯光纤光栅探针传感器在测量过程中引入的误差，实现了对探针传感器返回的信号进行补偿；结合了

7、视觉测量系统与调倾系统来对探针传感器的测量提供引导，完成对光纤光栅探针的视觉引导和调倾系统的空间坐标系标定研究。关键词：半径补偿；球度标定；姿态调整；视觉引导-II-AbstractAbstractWiththecontinuousdevelopmentofprecisionmachiningtechnology,anumberofmicro-holeswithmicro-scalefeature