光学检测平台的宏微驱动控制系统研究

摘要

目前微机构器件和微小器件加工和检测技术的不断发展，对加工和检测所使用的运动平台和控制系统提出了更高要求。以微纳米检测系统来说，检测结果的最终精度不仅取决于所使用的检测分析技术，同时也取决于运动平台的结构和控制系统的精度。　　 本文“光学检测平台的宏微驱动控制系统研究”，开发了由基于压电陶瓷的微位移调焦系统和基于直线电机的宏动定位系统相结合的光学检测平台驱动控制系统。该驱动控制系统用于配合本实验室开发的基于差动离焦原理的微纳米检测光学测头装置，实现对测头在Z轴方向上的纳米级的在线实时调焦和对被测物大行程、高精度的二维平面位移运动，从而提高光学检测平台的精度和自动化程度，使其更好地应用于工业自动化检测。　　 本文主要作了如下几方面的研究：　　 (1)从整体设计入手，分析了目前常用的驱动控制系统的优缺点和适用场合，选取适用于本课题光学检测平台的驱动控制系统方案：基于压电陶瓷的调焦驱动控制系统和基于直线电机的二维气浮平台驱动控制系统；　　 (2)根据光学测头物镜实时调焦的设计需求，开发了基于压电陶瓷的调焦驱动控制系统：设计了压电陶瓷驱动电源，测试了压电陶瓷的蠕变、迟滞等特性，并在此基础上，使用回归分析和坐标变换的方法建立了压电陶瓷迟滞非线性模型；　　 (3)根据光学检测平台对被测物的高精度、大行程的检测要求，开发了基于直线电机的二维宏动控制系统：宏动驱动控制系统的设备选型、安装和配置，宏动平台整体的在线调试和PID整定，宏动系统伺服系统的软件设计；　　 (4)对设计完成的宏动和微动驱动控制系统功能进行详细实验和测试，分析其性能。结果表明，本文所设计的光学检测平台的宏微驱动控制系统各项指标良好，可以很好的满足设计要求。