基于垂直掃描伺服工作臺的光針式表面測量系統(tǒng)研究.pdf

1、在工程表面測量領(lǐng)域中，接觸式測量由于接觸力的存在，容易損壞工程表面和磨損測頭，因而應(yīng)用有一定局限性，而非接觸測量不存在接觸力，對被測工程表面無任何劃傷，所以日益受到人們的重視，并得到了迅速發(fā)展。 光針式測量系統(tǒng)在非接觸式表面測量領(lǐng)域中占有重要地位。然而，和其它光學(xué)測量方法類似，常用的光針式測量方法最大的不足之處在于其測量范圍較小，不能應(yīng)用于高精度大量程測量；而且，很多光針式測量儀的聚焦伺服系統(tǒng)都采用音圈電機(jī)去驅(qū)動(dòng)聚焦物鏡進(jìn)行焦點(diǎn)

2、伺服運(yùn)動(dòng)，這就不可避免地引入了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的測量誤差。 因此，本文提出的一種突破傳統(tǒng)的大量程、高精度的光針式工程表面測量系統(tǒng)在工程表面測量領(lǐng)域中具有重要的意義。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新與研究內(nèi)容如下： 首先，提出了基于垂直掃描伺服工作臺的光針式表面測量方法。它將傳統(tǒng)的移動(dòng)聚焦物鏡跟蹤焦點(diǎn)的方法改變?yōu)橐苿?dòng)工作臺跟蹤焦點(diǎn)，即通過伺服電機(jī)和壓電陶瓷構(gòu)成的微/宏兩級驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)工作臺，從而實(shí)現(xiàn)更高精度和更大量程的焦點(diǎn)

3、伺服跟蹤。然后，分析了聚焦光針位移傳感器的基本原理，建立了聚焦檢測信號數(shù)學(xué)模型，并研制了適于工程表面測量的聚焦光針位移傳感器。圍繞垂直掃描伺服系統(tǒng)定位精度和效率問題，分別對垂直掃描伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、微/宏兩級驅(qū)動(dòng)的切換方法和微/宏兩級驅(qū)動(dòng)控制算法等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制了基于垂直掃描伺服工作臺的光針式表面測量系統(tǒng)。與采用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)測量系統(tǒng)相比，它的特點(diǎn)是：避免了傳統(tǒng)測量系統(tǒng)中音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)