触针式微位移传感信号的采集及横向扫描系统的研究

摘要

随着当今社会对精密机器需求的不断提高，精密制造与精密测量领域的地位越来越重要，其关系着整个国家的工业水平，粗糙度轮廓仪是用于精密测量的重要仪器。目前国内粗糙度轮廓仪技术还不够成熟，因此设计一款精度较高的轮廓仪具有重要现实意义。
　　本文对横向扫描系统、触针恒力控制系统与触针位移信号采集系统等方面进行了前期研究。首先对横向扫描系统的各种技术方案进行了分析，根据横向扫描系统的抗震性要求，确定了同步带拖动扫描块的方案，对扫描过程中可能出现的爬行进行分析，并对以材料为工具钢的基准杆，合金铜为摩擦片的摩擦副进行了设计。其次在触针恒力控制系统上，为恒力音圈电机开发了恒力驱动器。采用12位数模转换器提供微弱可变电压，射极跟随器进行隔离跟随，利用达林顿管放大电流驱动负载。然后在触针位移信号采集系统上，利用光栅角度传感器、数据采集卡和上位机形成采集系统，上位机根据通讯协议向采集卡发送字符命令，接受并处理采集卡返回的数值，显示在上位机软件上。
　　最后为横向扫描系统、触针恒力控制系统与触针位移信号采集系统搭建实验平台，以此来验证实验系统的可行性。触针恒力控制是基于光栅角度传感器测得的触针杠杆角度信号，转换为变化的音圈电机电流值，并通过恒力驱动器输给音圈电机，实现触针测量力的恒定。通过对Fresnel光学镜片轮廓的测量及比对实验，验证了横向扫描系统及采集系统可以正确采集样件的轮廓数据。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及意义

1.3 国内外研究概况

1.4 主要研究内容

第2章 横向扫描系统结构设计

2.1 引言

2.2 横向扫描系统方案选型

2.3 横向扫描系统结构设计

2.4 横向扫描系统的爬行性

2.5 纵向位移系统与整体结构

2.6 本章小结

第3章 控制系统硬件设计

3.1 引言

3.2 整体控制电路

3.3 恒力驱动器设计

3.4 触针式微位移测量系统

3.5直流电机驱动器选型

3.6 其它硬件选型

3.7 本章小结

第4章 上位机与下位机软件设计

4.1 引言

4.2 数据采集与处理

4.3 下位机程序编写

4.4 上位机程序

4.5 本章小结

第5章 实验与分析

5.1 引言

5.2 基准杆直线度测量

5.3 恒力驱动实验

5.4 联调实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢