摘 要

随着世界工业技术的快速发展，各行各业对几何参数的测量精度要求越来越高。直线度误差测量作为几何计量领域最基本的计量项目之一，其重要性不言而喻。传统的测量方法如钢丝法、平尺法等，虽然检测器具简单，但有着效率低、精度低的缺点。为了提高测量的精度和效率，满足技术发展的要求，新型高效的测量方法急需研发。

本文基于激光准直技术，psd位置传感器，matlab编程软件设计了一种基于激光准直的直线度误差测量系统。以激光作为直线基准，克服了传统测量方法对测量工件高精度的要求；采用二维psd作为传感器，克服了人工读取数据误差巨大的问题；用matlab编写程序进行数据处理，克服了传统测量方法效率低的问题。经过理论分析，本文中设计的直线度误差测量系统测量的精度可达2。

关键词：激光准直；psd传感器；直线度误差测量 ；matlab

Abstract

With the rapid development of industrial technology in the world, all walks of life on the measurement accuracy of the geometric parameters of the increasingly high demand.Straightness error measurement is one of the most basic measurement items in the field of geometric measurement,its importance is self-evident.The traditional measuring methods such as wire method, leveling ruler method, although the detection apparatus is simple, but with low efficiency and low accuracy.In order to adjust the accuracy and efficiency of the measurement, to meet the requirements of the development of technology, new and efficient measurement is needed.

In this paper, based on the laser alignment technology, PSD position sensor, matlab programming software designed a laser alignment based on the straightness error measurement system.By using the laser as a straight line, the traditional measuring method is used to measure the high precision of the workpiece;Two dimensional PSD is used as the sensor, which overcomes the problem of the error of manual reading data;The matlab program is used for data processing, Through theoretical analysis, the accuracy of the straightness error measurement system designed in this paper up to .

Key Words：Laser alignment；PSD sensor；Straightness error measurement；matlab

目 录

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2直线度误差测量的国内外现状 1

1.3选题的目的及意义 2

第2章 直线度误差测量系统总体设计 3

2.1系统总体方案设计 3

2.2传感器的选择 4

2.3激光器的选择 4

2.4光束调整装置设计 5

第3章 PSD信号处理设计 6

3.1PSD工作原理 6

3.1.1一维PSD的工作原理 6

3.1.2二维PSD的工作原理 8

3.2二维PSD信号采集与处理电路设计 10

3.3系统经济性分析 16

第4章 数据处理系统设计 17

4.1直线度评定方法 17

4.2数据处理 22

总 结 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1概述

近代以来，世界上出现了许多高新技术，具体的有：原子能、计算机、半导体以及激光等技术，这些技术的出现极大地丰富和改变了人们的生活。在本文中，我们主要就激光这一技术的应用进行论述。人们称其为“最亮的光”、“最快的刀”以及“最准的尺”^【1】，本论文中的设计主要应用了其“最准的尺”这一特征,以激光作为直线基准，通过PSD传感器感受激光光点中心在PSD敏感面上的位移，记录各采样点的坐标数据，再用matlab软件编写直线度误差测量的评定程序，最后用编写的评定程序处理这些坐标数据得到直线度误差值。

1.2直线度误差测量的国内外现状

现如今国内外都非常重视直线度误差测量技术的发展，为了满足日益增长的产品质量要求，新型的直线度误差测量的方法和装置不断地被发明和创造出来^【2】。目前世界各国在圆度、粗糙度以及平行度等计量领域方面的测量精度早已到了纳米级的程度，然而在直线度误差测量的精度上却还没有哪一个国家或组织能满足纳米级的精度要求，尤其是在长距离的直线度误差测量上，在精度方面更是与其他计量领域有着巨大的差距。纵观世界各国所推出的直线度误差测量方法，精度低于0.5的为普通测量精度水平，高于0.5的为高精度测量水平，而高于0.1的即是国际先进测量水平了^【3】。这与其他计量领域相比差距就大了。因为直线度误差测量的方式很多很杂，所以目前国际上对其并没有一个明确的分类方法。通常依据测量中的直线基准把直线度误差测量的方法分为两种。无直线基准测量和有直线基准测量。前一种方法是指在直线度误差测量的过程中不选定直线基准，而是使用沿被测物体表面逐步测量的方式进行测量，从而获得被测物体表面上各采样点的偏差值，再对这些偏差值进行处理得到被测物体的直线度误差值。这种方法能去除直线基准造成的误差从而大大提高测量的效率和精度^【4】。后一种方法则是先选定直线基准并以此基准来测量直线度误差。常用的直线基准有光基准、重力基准以及实物基准这三类。国内外在直线度误差测量精度方面达到先进水平的只有美国的NIST，德国的PTB，美国的劳仑斯国家实验室，日本的Osaka大学，原苏联国家标准局以及美国Lockheed火箭和美国空间公司这些单位^【5】。我国目前使用的直线度误差测量方法是长平晶分段互检法，其精度不高且在进行大尺寸零件的直线度误差测量时误差很大。

1.3选题的目的及意义

传统的直线度误差测量方法，多是以测量元件的精度为基准，因此加工工艺所造成的误差和人为引入的误差比较大。而以激光作为直线基准和测量基准的这一类间接测量法受测量元件精度的制约就小的多。本论文中设计的直线度误差测量系统，以激光作为直线基准，以psd传感器作为敏感元件，既克服了测量元件的精度误差又克服了人工测量的误差，再加上使用matlab软件编写的数据处理程序进行对采样数据的处理和计算，大大提高了测量效率。综上所述，这是一款精度高，效率高的直线度误差测量系统，对推进直线度误差测量技术和其它计量领域测量技术的发展有促进作用。

第2章 直线度误差测量系统总体设计

2.1系统总体方案设计

本文设计的是直线度误差测量系统，选用的直线基准为三种常用基准中的光基准。随着激光以及新型光电传感器的出现，激光准直技术因其可测距离长且便于实现自动化的特点受到了国内外许多学者的青睐，目前常用的以激光为准直的直线度误差测量技术大致可分为3种类型^【6】：