【摘要】：精密定位平臺在微電子、醫(yī)療、航空、航天等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用地位,每一次精密定位平臺技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用都會(huì)對科技的進(jìn)步起著強(qiáng)大的推進(jìn)作用,因此展開精密定位平臺技術(shù)的研究具有極為重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。本文針對數(shù)字顯微鏡大幅面圖像拼接中圖像掃描的問題,設(shè)計(jì)了一套用于顯微鏡圖像拼接的數(shù)控二維載物臺機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng),做了如下設(shè)計(jì)與研究工作:(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺的設(shè)計(jì)要求,對滾珠絲杠,交叉滾珠導(dǎo)軌等部分零部件進(jìn)行選型,采用二維堆疊式共面結(jié)構(gòu)減少阿貝誤差,提高了平臺機(jī)械系統(tǒng)集成度,使平臺更加緊湊,扁平。同時(shí)結(jié)合有限元分析方法,對部分零件機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析,該結(jié)構(gòu)在10KG負(fù)載下形變?yōu)?.2295μm。(2)基于STC89C516RD+單片機(jī)設(shè)計(jì)了基于高精度光柵尺反饋與PID精密運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合的二維數(shù)控平臺的閉環(huán)位移控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)二維移動(dòng)平臺X/Y方向的運(yùn)動(dòng)控制。其中光柵尺差分信號采用DS26C32芯片接收,HCTL-2032芯片對信號進(jìn)行辨向與計(jì)數(shù)處理,PID控制算法采用增量式PID控制算法,Z-N臨界比例度整定公式對PID進(jìn)行參數(shù)整定。(3)人機(jī)交互系統(tǒng)采用操縱桿進(jìn)行手動(dòng)控制平臺快速定位和矩陣鍵盤輸入?yún)?shù)控制平臺精密定位,同時(shí)采用LCD1602顯示目前運(yùn)行狀態(tài)。操縱桿模擬信號通過ADC0832轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后便于單片機(jī)的讀取,為了節(jié)省單片機(jī)I/O口,矩陣鍵盤通過PCF8575芯片擴(kuò)展的I/O口與單片機(jī)相連。(4)采用逐點(diǎn)比較法編寫平臺直線、順逆圓弧插補(bǔ)程序,采用微小直線段擬合的方式編寫正弦與余弦的插補(bǔ)程序,使平臺能夠?qū)崿F(xiàn)直線、順逆圓弧、正弦與余弦掃描運(yùn)動(dòng),并采用Proteus軟件進(jìn)行電路仿真。(5)對平臺的誤差來源進(jìn)行了分析,并采用雙頻激光干涉儀對所設(shè)計(jì)的數(shù)控二維載物臺進(jìn)行標(biāo)定,建立了平臺X/Y兩軸在正負(fù)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)控制誤差補(bǔ)償模型,從而提高了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度。縱觀全文,本文圍繞設(shè)計(jì)要求,完成了平臺的硬件與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明,平臺響應(yīng)迅速,控制穩(wěn)定,性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)補(bǔ)償后,在100×100mm的行程范圍內(nèi)定位精度優(yōu)于±5um。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TP391.41
【圖文】：

根據(jù)前人研究成果，從不同的角度可以將定位平如，按照行程范圍可以將定位平臺分為微動(dòng)平臺和大行程平可以將定位平臺分為精密平臺和超精密平臺[ 10]。微動(dòng)平臺的到十幾微米之間，有一些也可以達(dá)到納米級別，大行程平臺米到幾百毫米之間。精密平臺的定位精度一般為微米級，而。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對平臺的定位精度，行程等要求也盡相同。運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1-1 所示。其采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通與其串聯(lián)，從而帶動(dòng)連接著絲杠螺母的工作臺運(yùn)動(dòng)。這種平行程大，可以達(dá)到微米級精度，應(yīng)用非常的廣泛。然而，但絲杠具有間隙和遲滯特點(diǎn)，以及連接工作臺和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)運(yùn)動(dòng)臺系統(tǒng)具有非線性特性，使其無法在現(xiàn)實(shí)中達(dá)到納米級

型的運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1-1 所示。其采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過聯(lián)絲杠與其串聯(lián)，從而帶動(dòng)連接著絲杠螺母的工作臺運(yùn)動(dòng)。這種平臺結(jié)低，行程大，可以達(dá)到微米級精度，應(yīng)用非常的廣泛。然而，但由于滾珠絲杠具有間隙和遲滯特點(diǎn)，以及連接工作臺和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)本這使運(yùn)動(dòng)臺系統(tǒng)具有非線性特性，使其無法在現(xiàn)實(shí)中達(dá)到納米級精度圖 1-1 典型運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)簡圖Figure 1-1 Schematic diagram of typical moving platform structure 1-2 所示為日本東京工業(yè)大學(xué)在 1998 年研制的一維運(yùn)動(dòng)平臺。該平

第一章 緒論re 1-2 Linear motor driven one-dimensional motion platform壓導(dǎo)軌和無鐵芯動(dòng)圈式直線電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)，工作采用激光干涉儀反饋并結(jié)合 PID 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前nm。該平臺總重為 19.6kg，有效行程可達(dá) 300mm大速度為 320mm/s，定位精度可達(dá) 2nm[ 11]。為西班牙薩拉戈薩大學(xué)和墨西哥索諾拉大學(xué)聯(lián)合。該平臺上基座，中間移動(dòng)平臺，和下基座三層 600mm×600mm×200mm。該平臺運(yùn)用磁懸浮技激光干涉儀測量移動(dòng)位移。該平臺結(jié)構(gòu)體系經(jīng)過個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的系統(tǒng)，能夠以 10nm 的分辨率定位在

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