面向納米定位的跨尺度二維工作臺(tái)關(guān)鍵控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技飛速發(fā)展，測(cè)量領(lǐng)域中對(duì)測(cè)量精度的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)僅靠一種方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制無(wú)法滿足達(dá)到納米級(jí)高定位精度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)范圍。納米級(jí)高精度定位與較大運(yùn)動(dòng)行程之間的矛盾逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此，開展大行程精密定位系統(tǒng)的研究工作具有十分重大的意義。
　　為實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的定位目標(biāo)，本文研制了跨尺度二維工作臺(tái)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)大行程宏動(dòng)工作臺(tái)與六自由度微動(dòng)工作臺(tái)組合，搭建了宏/微雙驅(qū)動(dòng)高精度二維工作臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

2、，通過(guò)圖像處理的方法確定系統(tǒng)中各個(gè)零件的位置，驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)工作臺(tái)高速移動(dòng)實(shí)現(xiàn)粗定位。通過(guò)微動(dòng)工作臺(tái)與宏動(dòng)工作臺(tái)的循環(huán)配合工作實(shí)現(xiàn)精密定位，使整個(gè)二維工作臺(tái)系統(tǒng)達(dá)到納米級(jí)驅(qū)動(dòng)分辨力。該跨尺度二維工作臺(tái)系統(tǒng)具有行程大、納米級(jí)驅(qū)動(dòng)分辨力、定位快速、智能化、成本低等特點(diǎn)。
　　論文主要從以下四個(gè)方面介紹已經(jīng)完成的研究工作:
　　1、根據(jù)宏/微雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)的工作原理，提出面向納米定位的跨尺度二維工作臺(tái)系統(tǒng)控制方案，使工作臺(tái)在200mm×20

3、0mm的大行程工作范圍內(nèi)達(dá)到納米量級(jí)的驅(qū)動(dòng)分辨力，并且微動(dòng)工作臺(tái)具有6個(gè)自由度，可以補(bǔ)償大行程運(yùn)動(dòng)時(shí)由宏動(dòng)工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)不完善等帶來(lái)的角度誤差。
　　2、詳細(xì)介紹了跨尺度二維工作臺(tái)系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì):工作臺(tái)系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺(jué)模塊、宏動(dòng)工作臺(tái)模塊、微動(dòng)工作臺(tái)模塊、由測(cè)量探頭和激光干涉儀等組成的測(cè)長(zhǎng)模塊。本工作臺(tái)系統(tǒng)引入了了機(jī)器視覺(jué)，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)模塊實(shí)現(xiàn)圖像采集及識(shí)別，確定起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位置，宏動(dòng)工作臺(tái)與微動(dòng)工作臺(tái)根據(jù)起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位

4、置來(lái)設(shè)置控制參數(shù)和路徑規(guī)劃，使系統(tǒng)更加智能化。
　　3、搭建控制系統(tǒng):探索合適的控制方法，在VS環(huán)境下編寫工作臺(tái)系統(tǒng)的控制軟件，設(shè)計(jì)各個(gè)模塊以及各模塊之間的控制方法，搭建完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)定位過(guò)程中增加高低速轉(zhuǎn)換的控制程序，提高了系統(tǒng)定位效率。
　　4、對(duì)各模塊以及整個(gè)系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工作范圍為200mm×200mm的二維工作臺(tái)系統(tǒng)的定位精度在0.3μm左右，經(jīng)過(guò)誤差修正后系統(tǒng)的定位精度在±15