新型高精度光柵測量系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、光柵測量系統(tǒng)作為精密制造業(yè)和精密測量儀器的關鍵元器件，綜合了光學、機械、微電子等技術，將位置信息轉換成相應的電信號輸出，可實現(xiàn)對角度、尺寸、位移等相關幾何量的測量，具有精度高、行程大、非接觸、無磨損、抗干擾能力強等優(yōu)點。隨著光柵加工和信號處理技術的不斷進步，目前的光柵測量系統(tǒng)測量精度基本可以和激光干涉儀媲美;隨著光柵測量系統(tǒng)主控系統(tǒng)的發(fā)展，光柵測量系統(tǒng)能實時跟蹤與測量被測物體的幾何信息。因此，在實際應用中光柵測量系統(tǒng)具有較強的適應性，在

2、機床數(shù)控、測量儀器、精密制造等領域具有重要應用價值和廣泛的發(fā)展空間。
　　本文根據(jù)光、機、電技術，設計了一套集成度高、處理能力強、功耗低的新型高精度光柵測量系統(tǒng)。首先，在詳細論述新型高精度光柵測量系統(tǒng)的原理與實現(xiàn)方式的基礎上，確定了以ARM為核心的主控電路板，設計了光柵測量系統(tǒng)的主控電路與信號采集模塊。主要包括基于AD795與四象限光電探測器的光電探測器電路;基于雙通道運算放大器的低通巴爾沃斯濾波器和高通切比雪夫濾波器的信號調(diào)理電

3、路;基于多通道AD7606的高精度模數(shù)轉換電路;基于STM32F103RCT6的主控電路;系統(tǒng)電源以及壓電陶瓷PZT驅動電路。在硬件設計的基礎上完成相應的軟件設計。該設計滿足系統(tǒng)對光信號的實時采集與處理。
　　其次，設計了光柵測量系統(tǒng)光路及其所需機械結構。本光柵測量系統(tǒng)選用分布反饋式激光二極管作為系統(tǒng)光源;選取了分光光柵、分光鏡、反射鏡、準直鏡、物鏡、光柵、柱面鏡等設計了滿足系統(tǒng)精度要求的光路結構。同時為了保證光信號傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

4、設計并制作了對應的機械結構，實現(xiàn)了對系統(tǒng)光路的安裝和調(diào)整。在高精密隔振平臺之上完成光路系統(tǒng)搭建。
　　第三，設計了以自聚焦PID控制器+壓電陶瓷PZT為核心的測頭自聚焦控制系統(tǒng)。當系統(tǒng)激光未聚焦于光柵柵平面時，主控板將通過測頭自聚焦控制系統(tǒng)運行自聚焦PID控制器，驅動PZT，帶動物鏡，將激光聚焦于光柵柵平面上，保證了系統(tǒng)的測量精度，同時允許較大的安裝公差。測頭自聚焦控制系統(tǒng)通過自聚焦PID控制器完成閉環(huán)控制，本文選取了BP-PID