基于LabVIEW的纳米三坐标测量机控制

摘要

本研究为纳米级三坐标测量机各个工作部分分别提出了可行的控制方案，为新型的位移传感器开发出相应的测量软件。 本研究所针对的纳米三坐标测量机须实现20mm×20mm×10mm的量程，以自行开发的线性衍射光栅干涉仪(LinearDiffractionGratingInterferometer，LDGI)作为位移传感器，以DVD测头作为Z轴触发探头。 本研究以图形化编程语言LabVIEW为软件平台，开发出纳米三坐标测量机的软件系统，主要工作包括：LDGI信号的采集和处理、周期计数和信号细分、位移计算、X-Y平台定位控制、DVD测头的控制、Z轴位移测量及DVD测头数据修正、测量数据处理以及典型的应用程序开发。 对于该纳米级三坐标测量机，三轴的运动控制法则尤其重要，它保证了传感器的正常工作。本研究采用传统PID结合神经网络的控制算法实现低速平稳的运动控制，并分析导轨的摩擦力特性，增加相应的补偿环节，改善位移信号的品质。通过三种不同速度和分辨率的驱动方式(AC模式，GATE模式和DC模式)兼顾大行程与高分辨率的驱动。 本研究同时通过实验，分析了该纳米三坐标测量机的主要误差源，并提出了相应的改进方案。 通过实验证实：该控制软件系统能实现三轴协调、稳定、低速的运动；位移测量算法可靠，可实现30nm精度的位移测量精度和定位精度；经过修DVD读取头的定位修正后，Z轴测量精度可以达到20nm。

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文摘

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致谢

第一章 绪论

第二章 纳米三坐标测量机系统简介

第三章 光栅信号采集、处理与位移计算

第四章 纳米定位技术

第五章 测头定位控制技术

第六章 软件系统

第七章 实验结果与分析

第八章 结论与讨论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文