基于PMAC的微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、微結(jié)構(gòu)功能表面是指具有特定微小拓撲形狀的功能表面，由于其獨特的光學(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)表面模具加工的機床并滿足加工需要的數(shù)控系統(tǒng)，對實現(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

2、集陣列的加工工藝要求，采用壓電陶瓷驅(qū)動的刀架裝置作為微進給機構(gòu)，實現(xiàn)金剛石刀具沿Z軸方向高頻響、短行程的快速進給運動，并搭建基于IPC和PMAC的硬件平臺，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，確定加工機床的整體布局，選用加工系統(tǒng)的硬件，設(shè)計了刀架裝置并分析其驅(qū)動原理，搭建了數(shù)控系統(tǒng)的電控系統(tǒng)，并確定輸入輸出信號的連接。利用Qt4.8,采用模塊化設(shè)計思想開發(fā)了一套界面美觀，易于操作的數(shù)控系統(tǒng)軟件，

3、并對數(shù)控系統(tǒng)軟件關(guān)鍵問題和功能模塊的實現(xiàn)進行了較為深入的探討。
　　其次，基于Balser和OpenCV開發(fā)了微點陣加工在位檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對加工圖像的采集和保存。采用標準件，對在位檢測系統(tǒng)進行標定。對采集的圖像進行預(yù)處理，采用基于9×9模板的三次樣條曲線插值法進行亞像素邊緣檢測，利用最小二乘法對獲取的輪廓進行圓的擬合，求得圓輪廓直徑的像素尺寸，通過標定系數(shù)計算微結(jié)構(gòu)直徑的實際尺寸。
　　最后，進行加工機床的參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化，通

4、過對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)特性和動態(tài)特性。利用激光干涉儀測得各個進給軸的定位誤差，并對各個軸進行定位誤差的補償，提高了加工機床的定位精度。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)點陣的排列方式，利用開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)進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加工的微點陣進行檢測。加工實驗結(jié)果與實際要求相符，表明了開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)是可