智能化高精度小位移测量仪研制

摘要

在当今精密位移测量领域各类栅式位移测量技术被广泛应用，其中技术性最强、发展最快的是光栅位移测量技术。随着光栅刻划工艺和电子细分技术的不断发展，光栅位移测量仪器的分辨率大大提高。目前已能达到纳米级。近年来，智能仪器在测量过程自动化、测量功能多样化、测量数据处理以及人机交互方面，都取得了巨大发展。
　　本学位论文的任务是对原有的小位移测量实验装置进行智能化改造和多功能扩展，最终使其满足商品化要求。该小位移测量仪采用光栅位移测量技术，主要应用于毫米级量程、纳米级精度的测量场合，可对零件尺寸和升降台位移进行精密测量。本学位论文的主要研究内容及成果为:
　　1.为了使小位移测量仪在具备便携性的同时还能对批量工件的尺寸进行检测和显示，设计了单机和联机两种工作模式。在联机模式下，设计了基于无线通信的远距离测控方案，从而使小位移测量仪可应用于对测量环境要求高从而需要远距离测控的场合。
　　2.构建了基于ARM处理器的小位移测量仪模块化电路系统，包括具有抗功率器件干扰功能的测杆运动控制模块、位移测量模块、基于TFT-LCD屏的显示模块、具有RFID操作者身份认证功能和操作过程语音提示功能的测量管理模块、基于NRF24L01芯片的联机无线通信模块。
　　3.利用C语言对ARM处理器进行了程序开发，实现了单机测量过程和联机无线通信的自动、可靠进行;设计了基于Visual C++平台的联机测控软件，在测控软件中通过接入Access数据库实现了对批量测量数据的存储和管理，并绘制了测量数据统计直方图和测量数据统计折线图。
　　4.完成了小位移测量仪的功能验证实验和重复性标定实验，实验结果表明小位移测量仪能够自动完成多种测量任务且测量数据的重复性满足要求。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 小位移测量仪的研究现状

1．3 本论文的主要研究内容

第二章 智能化小位移测量仪总体方案设计

2．1 小位移测量仪的功能需求

2．2 小位移测量仪总体方案设计

2．2．1 小位移测量仪工作模式设计

2．2．2 单机测控系统结构方案设计

2．2．3 联机小位移测量仪结构方案设计

第三章 基于ARM的智能化小位移测量仪硬件设计

3．1 主处理器的选择

3．2 测杆运动控制模块电路设计

3．3 零位信号处理电路设计

3．4 显示模块硬件设计

3．5 测量管理模块硬件设计

3．5．1 操作者身份认证模块硬件设计

3．5．2 功能按钮硬件设计

3．5．3 语音提示模块硬件设计

3．6 联机无线通信模块硬件设计

3．6．1 联机无线通信芯片的选择

3．6．2 无线通信硬件设计

3．7 仪器控制箱设计

第四章 智能化小位移测量仪软件设计

4．1 小位移测量仪软件总体设计

4．2 单机模式下测杆运动控制方法研究

4．2．1 监测上升高度的测杆控制方法

4．2．2 具有抗干扰功能的测杆控制方法

4．2．3 多测量任务下测杆降落次数控制方法

4．3 单机模式下测量数据处理方法研究

4．3．1 测杆单次降落后读数值的处理方法

4．3．2 读数全部完成后最终测量结果计算方法

4．4 全量程零位轮循检测方法研究

4．5 测量管理模块程序设计

4．5．1 操作者身份验证程序设计

4．5．2 操作过程语音提示程序设计

4．6 联机无线通信程序设计

4．6．1 数据包处理方式的选择

4．6．2 联机无线通信初始化设置

4．6．3 联机无线通信功能实现方法研究

4．7 基于Visual C++的电脑测控软件设计

4．7．1 联机测量任务实现方法研究

4．7．2 测量数据接收与校验方法研究

4．7．3 基于Access数据库的测量数据存储与管理方法研究

4．7．4 多样式测量数据统计曲线绘制方法

第五章 实验验证

5．1 功能验证实验

5．2 重复性精度标定实验

第六章 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文