新型高精度光柵測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光柵測(cè)量系統(tǒng)作為精密制造業(yè)和精密測(cè)量?jī)x器的關(guān)鍵元器件，綜合了光學(xué)、機(jī)械、微電子等技術(shù)，將位置信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，可實(shí)現(xiàn)對(duì)角度、尺寸、位移等相關(guān)幾何量的測(cè)量，具有精度高、行程大、非接觸、無磨損、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著光柵加工和信號(hào)處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前的光柵測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度基本可以和激光干涉儀媲美;隨著光柵測(cè)量系統(tǒng)主控系統(tǒng)的發(fā)展，光柵測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)時(shí)跟蹤與測(cè)量被測(cè)物體的幾何信息。因此，在實(shí)際應(yīng)用中光柵測(cè)量系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在

2、機(jī)床數(shù)控、測(cè)量?jī)x器、精密制造等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值和廣泛的發(fā)展空間。
　　本文根據(jù)光、機(jī)、電技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套集成度高、處理能力強(qiáng)、功耗低的新型高精度光柵測(cè)量系統(tǒng)。首先，在詳細(xì)論述新型高精度光柵測(cè)量系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，確定了以ARM為核心的主控電路板，設(shè)計(jì)了光柵測(cè)量系統(tǒng)的主控電路與信號(hào)采集模塊。主要包括基于AD795與四象限光電探測(cè)器的光電探測(cè)器電路;基于雙通道運(yùn)算放大器的低通巴爾沃斯濾波器和高通切比雪夫?yàn)V波器的信號(hào)調(diào)理電

3、路;基于多通道AD7606的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路;基于STM32F103RCT6的主控電路;系統(tǒng)電源以及壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)電路。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)對(duì)光信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與處理。
　　其次，設(shè)計(jì)了光柵測(cè)量系統(tǒng)光路及其所需機(jī)械結(jié)構(gòu)。本光柵測(cè)量系統(tǒng)選用分布反饋式激光二極管作為系統(tǒng)光源;選取了分光光柵、分光鏡、反射鏡、準(zhǔn)直鏡、物鏡、光柵、柱面鏡等設(shè)計(jì)了滿足系統(tǒng)精度要求的光路結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了保證光信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

4、設(shè)計(jì)并制作了對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)光路的安裝和調(diào)整。在高精密隔振平臺(tái)之上完成光路系統(tǒng)搭建。
　　第三，設(shè)計(jì)了以自聚焦PID控制器+壓電陶瓷PZT為核心的測(cè)頭自聚焦控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)激光未聚焦于光柵柵平面時(shí)，主控板將通過測(cè)頭自聚焦控制系統(tǒng)運(yùn)行自聚焦PID控制器，驅(qū)動(dòng)PZT，帶動(dòng)物鏡，將激光聚焦于光柵柵平面上，保證了系統(tǒng)的測(cè)量精度，同時(shí)允許較大的安裝公差。測(cè)頭自聚焦控制系統(tǒng)通過自聚焦PID控制器完成閉環(huán)控制，本文選取了BP-PID