精密工作台光栅定位测量与控制系统设计

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1、精密仪器课程设计设计题目:精密工作台光栅定位测量与控制系统设计姓名：杨浩渺学号：B07340128指导老师：陈本勇目录摘要································3第一章国内外现状概述···············31.1研究的背景与意义···················3-41.2国内外发展现状····················41.2.1精密工作台···················4-51.2.2测量方法····················5-6第二章总体方案设计····························

2、··62.1方案构思··············································6-72.2运动范围和精度的实现··································7第三章测量方案设计······························83.1测量方法··············································83.2光栅传感器············································8-93.3信号的辨相细分···················

3、···················10-13第四章控制方法设计······························134.1控制系统总体方案···································13-144.2执行元件···········································14-154.3控制装置···········································15-16第五章测控电路················17-18第六章展望和总结·······················

4、······19-20参考文献····················20-21摘要作为精密机械与精密仪器的关键技术之一的微位移技术，近年来随着微电子术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。而定位与测量技术的水平几乎左右着微位移技术的发展，因此直接影响到微电子技术等高精度工业的发展。本次毕业设计提出精密工作台光栅定位测量与控制系统的设计方案。设计了工作台的结构。以光栅莫尔条纹为基础，设计了工作台的光学系统，采用100线对/mm的光栅尺，即栅距为10um。对莫尔条纹的工作原理、光电转换技术和细分技术进行了分析。设计了相位跟踪细分法对莫尔条纹进行1000细分。

5、利用8253计数器对脉冲进行计数，通过RS232接口实现通讯，并由PID控制器进行实时控制。目前，精密定位测量技术已经相当成熟，但随着现代工业技术的发展，对精密定位测量的要求也会随之提高。为了满足更高的要求，精密定位测量技术不但要达到更高的分辨率，还要适应更复杂的工作环境第1章国内外现状概述1.1研究的背景与意义当前，制造业省人化、自动化趋势进展迅猛异常，而测量作业在此过程中是不可或缺的关键环节，它与生产加工和制品运送同等重要。制造业对测量仪器的需求，在经过1998、1999年的低迷疲软之后，2000年后有了较明显的增长。当今世界，提高运营效率已成为制造业面临的重

6、大课题，制造技术也随之掀起了不断革新的浪潮。在这种注重经营和技术创新的前提下，对测量仪器行业也提出了更高的要求，即量仪产品必须实现高速、高精度和系统化，而且必须与IT产业的发展相对应，同时应进一步加强质量管理[1]。测量技术是现代工业中的一个重要组成部分，它是进行生产活动的依据，它支撑着社会的技术进步，为众多领域的科学探索活动提供试验和观测手段，为人类有序的生产活动提供必需的技术保障。测量技术已经成为工业生产设备、安全装置、社会技术保障体系、大型高速交通运载工具、医疗系统和国防工程的核心技术[2]。   近代机械工业尤其是当代超精密加工技术、微/纳米技术、微机电系

7、统等的兴起与发展对长度量的测量提出了越来越高的要求。近几十年来，随着激光技术在精密位移测量中的应用，长度量的工程测量技术有了飞速的发展[3]。在长度量检测系统中，光栅测量系统占有明显优势，有着广泛的市场前景。栅式测量系统是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的米制(或英制)标尺。光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级；测量速度从60m／min至480m／min。测量长度从1m、3m至30m和100m[4]。目前，超精加工己进入纳米技术领域，具有纳米级分辨率的测量技术是超精加工中不可缺少

8、的一环，也