三维光栅位移测量系统的研究

摘要

一些高新行业,其对器件的尺寸精度要求相当高,一般都要达到微米级,甚至需达纳米级别。对于机械加工业,靠一般的加工测量方法是无法生产出如此高精度的器件,只有通过高精度的数字式测量方可生产满足这种尺寸精度要求的器件。
　　光栅测量技术是以光栅莫尔条纹原理为基础,以对莫尔条纹数目计数而进行测量的一种高精度测量技术。该技术已广泛应用于机床加工过程中的位移和角度的高精度测量,并在其中发挥着重要的作用。光栅位移传感器就是较常用的一种线位移光栅传感器,它在工作过程中将其检测到的高精度位移以一种电信号形式输出,对该信号的处理尤为重要。因此,负责处理光栅位移信号及数据的光栅位移测量系统的设计成为光栅测量的关键技术之一,其直接关系到测量的精度及准确度。
　　本文详细分析了光栅位移传感器的测量原理,也就是莫尔条纹原理;提出了三维光栅位移测量系统的设计方案,根据系统设计方案,进行了系统硬件及软件的设计。在系统的硬件设计中,一方面详细介绍了硬件中各功能电路的设计原理及具体实现方法,其中主要包括:细分辨向电路,主控电路,显示电路以及控制电路;另一方面,根据硬件电路的设计,设计了系统的PCB(印制电路板)。对于系统的软件设计,根据功能的不同,分为了主机软件及从机软件的设计。主机的软件设计中,详细介绍了主机主程序及通信程序的设计;而从机的软件设计中,则详细介绍了从机主程序、位移计算程序、位移显示程序、控制程序以及通信程序的设计。在完成系统的设计后,制作了系统样机,并进行了调试。
　　系统样机通过调试后,对其功能及性能分别进行了实验验证。实验结果表明:系统硬件及软件均运行稳定,整个系统工作正常,不但实现了系统的相关功能,而且系统测量准确,性能良好,系统到达了设计目的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 光栅测量技术研究现状

§1.3本文主要研究内容

§1.4 本文创新点

第二章 光栅位移测量原理

§2.1 计量光栅

§2.2 莫尔条纹原理

§2.3 光栅位移测量系统简介

第三章 三维光栅位移测量系统硬件设计

§ 3.1系统构架

§ 3.2细分辨向电路设计

§ 3.3主控电路设计

§ 3.4显示电路设计

§ 3.5控制电路设计

§ 3.6 PCB设计

第四章 三维光栅位移测量系统软件设计

§ 4.1编程语言及开发环境

§ 4.2相关寄存器及波特率设置简介

§ 4.3主机软件设计

第五章 系统调试与实验结果

§ 5.1系统调试

§ 5.2实验结果

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 工作展望

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文