数控机床是国家制造业生产和加工的基石,常见的有三轴数控机床和五轴数控机床,其中五轴数控机床包含可旋转的转轴,可实现全方面的精准操作,因此应用更加广泛。转轴的精度直接决定数控机床加工和制造的精度,对转轴的运动误差测量并进行补偿是提高转轴精度的有效手段。目前对转轴六自由度测量的实现途径主要是分步测量,不仅费时费力,也会引入更多的安装误差,现有的转轴六自由度运动误差测量方法的研究普遍存在安装调试复杂、需要复杂解耦和价格高等缺陷,难以被广泛应用。本课题组已实现基于氦氖激光器的转轴六自由度几何运动误差同时测量,其中基于光学准直原理对转轴五自由度同时测量,提出将激光干涉与伺服跟踪相结合的转轴径向运动误差测量方法,在保证干涉信号连续的同时,实现转轴360°径向运动误差的全周测量。由于干涉法中测量臂与转轴径向运动方向共线,可共用一个误差敏感单元,由此实现六自由度同时测量。在此测量方案中采用氦氖激光器作为激光光源,其体积大、成本高,且由于使用商用激光干涉仪,尚未对转轴径向运动的干涉信号特点及数据处理方法进行深入研究。为了使得转轴六自由度运动误差同时测量的方案实现精度高、低成本且易于集成的要求,本文提出基于半导体激光器的转轴径向运动误差干涉测量方法,并研究实现转轴径向运动误差测量的干涉信号的高精度解算。本论文的主要研究工作如下:1.研究实现了配合转轴六自由度误差同时测量的径向运动误差测量方法,利用半导体激光器进行干涉测量,将角锥棱镜安装在伺服转轴上作为测量敏感单元,测量光线与转轴径向运动方向共线,采用激光干涉测长的方法对径向运动误差进行测量,通过伺服转轴的反转来实现待测转轴360°全周径向运动误差测量。2.研制了转轴径向运动误差的激光干涉测量系统,完成光学系统设计与光路调试安装、光电探测器的选型与驱动电路调试的连接。通过控制上位机软件控制待测转轴和伺服转轴的转动,利用NI采集卡进行实时在线的数据采集,再通过强大的MATLAB数据分析与仿真软件对干涉信号进行数字滤波、非线性误差修正以及相位细分与解算。3.提出了基于零值截取-阈值判定的信号非线性修正中峰谷值提取的方法。分析转轴径向运动误差进行信号处理过程中出现的相位抖动的原因,研究相位抖动对干涉信号的非线性误差修正和相位解算的影响,利用所提出的方法进行了精确的修正周期截取和修正系数的解算,通过李萨如图,验证了本文提出的修正算法的有效性。4.完成了转轴径向运动误差激光干涉测量的实验研究,实验结果表明,本系统的转轴径向运动误差重复性数值相比传统算法的4.72μm减小到0.34μm。在对比实验中,与标准仪器的最大对比误差由3.55μm降为1.64μm,验证了方法的有效性。理论分析和实验说明,本文提出的基于半导体激光器的转轴径向运动误差测量方案可以满足转轴六自由度同时测量的测量需求,为数控机床的维护和实现精准操作提供了保障。图42幅,表8个,参考文献58篇。