《基於雷射自混合干涉的小型光學測頭的套用基礎研究》是依託天津大學，由吳騰飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於雷射自混合干涉的小型光學測頭的套用基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳騰飛
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
坐標測量機作為現代大型精密測量儀器，廣泛地用於先進工業檢測和製造中，而測頭作為測量機中拾取信號的重要感測器件，決定了測量機的功能、精度、效率和柔性程度，其中光學測頭憑藉著無接觸、高效率的特性成為了測量機測頭髮展的重要方向。現有的光學測頭由於體積、精度、動態性能、適用範圍等方面的不足，不能完全滿足工業檢測和精密製造領域的需求。基於此，本項目探索把雷射自混合干涉效應套用於坐標測量機光學測頭中。項目將研究雷射自混合干涉測距機理、高精度距離解算方法、光回饋強度控制方法、光頻調製非線性抑制措施、雷射器和光電接收器噪聲抑制措施、光學測頭標定等基本問題，以期實現微米級的距離測量精度，並且大大提高測量效率，拓展套用範圍，為高質量、高效率的工業檢測和製造提供全新的理論基礎和技術途徑。
結題摘要
根據精密製造領域中坐標測量機對光學測頭的高精度和小型化要求，提出一種基於雷射自混合干涉技術（SMI）的光學測頭，結構簡單緊湊，不受測量角度和測量表面的限制，兼具位移和距離測量能力，可提高零部件測量效率，為高質量工業檢測和精密製造提供一種全新的技術途徑。 基於半導體雷射原理，採用三鏡F-P腔模型和速率方程模型建立SMI的行為模型，得到光回饋下雷射器輸出功率和頻率的變化規律；通過數值仿真分析光反饋強度，線寬展寬因子和反射體運動狀態對自混合信號的影響，並給出直接電流調製下的自混合信號。將全相位譜分析方法引入到SMI測量中，憑藉相位不變性和頻譜泄漏抑制能力，該方法可以通過提取自混合信號相位差反映反射體的位移，通過校正自混合信號的頻率反映反射體到雷射器出射端面的距離，位移測量精度可達到納米量級，距離測量解析度優於20μm；提出一種基於全局最佳化搜尋的距離測量方法——改進的遺傳算法，根據自混合信號構建目標函式，該函式的全局極小值對應著待測距離，採用遺傳算法並結合父子代混合選擇和收縮區間加速策略進行全局搜尋，得到精確的距離估計值，該方法的測量解析度與全相位譜分析方法相近。分析了測量系統中的誤差源，光頻調製非線性導致的信號譜峰展寬通過電流重構的方法進行了抑制。 基於上述研究成果，利用ARM開發系統，設計並測試了雷射自混合光學測頭樣機，將測頭樣機安裝於複合坐標測量機上，進行了標定實驗和氣缸套工件的測量實驗，結果表明測頭樣機距離測量解析度達到20μm，與理論分析和仿真結果一致。
