本文關(guān)鍵詞：基于PMAC的微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)

  更多相關(guān)文章： 微結(jié)構(gòu)功能表面 數(shù)控系統(tǒng) 壓電陶瓷 刀架裝置 在位檢測(cè) PID

【摘要】：微結(jié)構(gòu)功能表面是指具有特定微小拓?fù)湫螤畹墓δ鼙砻?由于其獨(dú)特的光學(xué)性能,在光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,市場(chǎng)需求巨大。目前,微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面元件大批量高效率生產(chǎn)的主要途徑是復(fù)制加工技術(shù),但是在微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的復(fù)制過程中,微結(jié)構(gòu)表面模具的加工質(zhì)量對(duì)最終的產(chǎn)品性能起著決定性的作用。因此,研究開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)微結(jié)構(gòu)表面模具加工的機(jī)床并滿足加工需要的數(shù)控系統(tǒng),對(duì)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能元件低成本和大批量生產(chǎn)具有重要意義。本課題根據(jù)微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工工藝要求,采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的刀架裝置作為微進(jìn)給機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)金剛石刀具沿Z軸方向高頻響、短行程的快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng),并搭建基于IPC和PMAC的硬件平臺(tái),開發(fā)了微結(jié)構(gòu)密集陣列數(shù)控系統(tǒng)。首先,根據(jù)微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工要求,確定加工機(jī)床的整體布局,選用加工系統(tǒng)的硬件,設(shè)計(jì)了刀架裝置并分析其驅(qū)動(dòng)原理,搭建了數(shù)控系統(tǒng)的電控系統(tǒng),并確定輸入輸出信號(hào)的連接。利用Qt4.8,采用模塊化設(shè)計(jì)思想開發(fā)了一套界面美觀,易于操作的數(shù)控系統(tǒng)軟件,并對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件關(guān)鍵問題和功能模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為深入的探討。其次,基于Balser和OpenCV開發(fā)了微點(diǎn)陣加工在位檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)加工圖像的采集和保存。采用標(biāo)準(zhǔn)件,對(duì)在位檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理,采用基于9×9模板的三次樣條曲線插值法進(jìn)行亞像素邊緣檢測(cè),利用最小二乘法對(duì)獲取的輪廓進(jìn)行圓的擬合,求得圓輪廓直徑的像素尺寸,通過標(biāo)定系數(shù)計(jì)算微結(jié)構(gòu)直徑的實(shí)際尺寸。最后,進(jìn)行加工機(jī)床的參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化,通過對(duì)PID參數(shù)和速度、加速度、摩擦前饋參數(shù)的調(diào)節(jié),改善了控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。利用激光干涉儀測(cè)得各個(gè)進(jìn)給軸的定位誤差,并對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行定位誤差的補(bǔ)償,提高了加工機(jī)床的定位精度。其中,X軸在250mm工作行程上的定位誤差范圍從24.57μm降為2.155μm。介紹了微結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣的排列方式,利用開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了四種類型的微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工,并利用白光干涉儀對(duì)加工的微點(diǎn)陣進(jìn)行檢測(cè)。加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際要求相符,表明了開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)是可行的,可滿足微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工要求。綜上所述,本課題在數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建、人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)、開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、機(jī)器視覺在位檢測(cè)技術(shù)、控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)以及加工驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等方面取得了研究成果,這些研究對(duì)其他類型微結(jié)構(gòu)的加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的研制具有參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：微結(jié)構(gòu)功能表面 數(shù)控系統(tǒng) 壓電陶瓷 刀架裝置 在位檢測(cè) PID
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 課題來源及課題的背景意義14-16
• 1.1.1 課題來源14
• 1.1.2 課題的背景及研究意義14-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-23
• 1.2.1 微結(jié)構(gòu)表面金剛石加工技術(shù)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 導(dǎo)光板微結(jié)構(gòu)及新型導(dǎo)光板成型技術(shù)18-21
• 1.2.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容23-26
• 第二章 微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)26-35
• 2.1 微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求26-27
• 2.2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)27-28
• 2.3 微結(jié)構(gòu)密集陣列數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成28-30
• 2.3.1 IMAC400運(yùn)動(dòng)控制器及工控機(jī)28-29
• 2.3.2 直線電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器29
• 2.3.3 光柵尺29
• 2.3.4 壓電陶瓷及其驅(qū)動(dòng)電源29-30
• 2.3.5 工業(yè)相機(jī)及光源的選擇30
• 2.4 刀架裝置及驅(qū)動(dòng)原理30-31
• 2.5 數(shù)控系統(tǒng)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建31-33
• 2.6 本章小結(jié)33-35
• 第三章 微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)35-46
• 3.1 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)35-36
• 3.2 數(shù)控系統(tǒng)軟件關(guān)鍵問題的研究36-42
• 3.2.1 IPC與IMAC400通訊的建立36
• 3.2.2 超大容量代碼加載36-38
• 3.2.3 回零策略38-40
• 3.2.4 加工代碼同步高亮顯示40-41
• 3.2.5 G代碼的解釋程序41-42
• 3.3 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)42-43
• 3.4 軟件功能模塊的實(shí)現(xiàn)43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 微點(diǎn)陣加工在位檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究46-61
• 4.1 在位檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具體流程46-49
• 4.2 亞像素邊緣檢測(cè)算法49-55
• 4.2.1 邊緣的類型分析49-51
• 4.2.2 梯度方向的確定51-52
• 4.2.3 三次樣條插值52-54
• 4.2.4 亞像素坐標(biāo)的計(jì)算54-55
• 4.3 最小二乘法圓擬合算法研究55-57
• 4.4 檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定57-58
• 4.5 在位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及分析58-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第五章 微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床調(diào)試及加工實(shí)驗(yàn)61-81
• 5.1 加工機(jī)床的參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化61-68
• 5.1.1 Compax3驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)的配置及優(yōu)化調(diào)節(jié)61-63
• 5.1.2 IMAC400的PID參數(shù)的調(diào)節(jié)63-68
• 5.2 加工機(jī)床定位精度檢測(cè)及誤差補(bǔ)償68-73
• 5.2.1 激光干涉儀測(cè)量定位精度原理68-69
• 5.2.2 IMAC400誤差補(bǔ)償原理69-71
• 5.2.3 定位精度檢測(cè)及誤差補(bǔ)償71-73
• 5.3 微結(jié)構(gòu)密集陣列加工實(shí)驗(yàn)73-80
• 5.3.1 加工工藝分析及加工速度測(cè)試73-75
• 5.3.2 加工實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)75-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 總結(jié)與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文87-89
• 致謝89

【參考文獻(xiàn)】

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2 郭占s，

本文編號(hào)：940304