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微米级自动测量仪的设计

作　者: 杨斌
导　师: 董春
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 微米级自动测量仪电机控制 dsPIC单片旋转编码器
分类号: TP216.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 79次
引　用: 1次
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内容摘要

本文以精密机械为基础,采用光电传感器、旋转编码器、直线运动单元和dsPIC单片机,研制了一个小型的单坐标微米级自动测量仪。该测量仪以较低的成本实现了较高精度的自动测量,可用于大批量测量形状简单零件的尺寸,具有较好的经济意义。本文从测量原理、机械结构、电气控制系统和软件设计等几个方面详细介绍了测量仪的设计与实现过程。首先,文章描述了测量仪的测量原理和关键部件的工作原理,按照测量原理设计了系统的整体方案,并且进行了关键零部件的选型;其次,分析了测量仪的功能、精度对机械结构的需求,并针对需求进行了整体结构规划,同时对测量杆等重要零件进行了详细设计;再次,文章从电源系统、控制系统、驱动系统和人机接口等几个方面详细描述了测量仪的电气控制系统,并介绍了电机控制程序、光电传感器检测程序、数据处理程序及测量仪的测量程序。本文进行了两个方面的实验:在电机方面,进行了LMD18200驱动系统实验和电机PID控制实验,证明了电机驱动与控制的稳定性较好;在测量仪方面,进行了精确度实验和可靠性实验,实验证明,该测量仪具有较好的精确度和较高的可靠性。在实验的基础上,文章对测量仪的误差源进行了分析,并提出了一些改进方案。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-15
  1.1 研究背景与意义  11
  1.2 国内外自动测量技术现状  11-14
    1.2.1 机器视觉测量技术  12
    1.2.2 自动式坐标测量技术  12-14
  1.3 课题研究的主要内容  14-15
2 测量系统原理  15-22
  2.1 测量系统原理  15-16
  2.2 位置检测元件  16-20
    2.2.1 位置检测元件要求  16
    2.2.2 位置检测元件的分类  16-17
    2.2.3 脉冲编码器  17-20
    2.2.4 直线光栅  20
  2.3 光电传感器原理  20-22
3 总体方案设计与关键件选型  22-31
  3.1 自动测量仪的总体方案设计  22-23
  3.2 测量系统选型  23-27
    3.2.1 光电传感器  23-24
    3.2.2 直线光栅  24-25
    3.2.3 伺服电机、减速器及编码器  25-26
    3.2.4 直线运动平台  26-27
  3.3 驱动系统选型  27-29
    3.3.1 电机驱动器  27-28
    3.3.2 LMD18200驱动芯片  28-29
  3.4 控制系统选型  29-31
4 机械结构设计  31-41
  4.1 机械结构的设计需求  31
  4.2 整体结构设计  31-34
  4.3 关键零部件设计  34-40
    4.3.1 底座  34
    4.3.2 主支架  34-35
    4.3.3 测量杆与套筒  35-37
    4.3.4 法兰  37-38
    4.3.5 光栅读数头托盘  38-40
  4.4 测量仪实物  40-41
5 电气控制系统设计  41-56
  5.1 电源系统设计  41-42
  5.2 控制系统设计  42-48
    5.2.1 CPU电路  43-44
    5.2.2 DAC输出电路  44-46
    5.2.3 编码器、光栅尺信号采集电路  46-48
    5.2.4 通讯电路  48
    5.2.5 地址分配电路  48
  5.3 驱动系统设计  48-53
    5.3.1 MAXON电机驱动器驱动系统  49-51
    5.3.2 LMD18200驱动电路  51-53
  5.4 人机接口设计  53-54
    5.4.1 按键输入电路  53
    5.4.2 液晶显示系统  53-54
  5.5 控制电路PCB板  54-56
6 软件系统设计  56-70
  6.1 编程工具介绍  56-58
    6.1.1 MPLAB集成开发环境(IDE)  56-57
    6.1.2 MPLAB C30编译器  57
    6.1.3 MPLAB ICD 2  57-58
  6.2 软件系统整体设计  58-60
  6.3 电机控制程序设计  60-66
    6.3.1 电机控制框图  60-61
    6.3.2 电机位置和速度检测  61-63
    6.3.3 PID控制算法  63
    6.3.4 电机控制程序流程图  63-66
  6.4 光电传感器检测程序  66-67
  6.5 数据处理程序  67-70
    6.5.1 误差补偿算法  67-68
    6.5.2 误差补偿程序流程  68
    6.5.3 数据处理程序流程  68-70
7 实验结果与误差分析  70-77
  7.1 电机控制实验  70-71
  7.2 测量仪实验  71-77
    7.2.1 系统运行流程及分辨率  71-72
    7.2.2 数据处理  72
    7.2.3 实验结果  72-74
    7.2.4 误差分析  74-76
    7.2.5 改进方案  76-77
总结与展望  77-78
参考文献  78-80
作者简历  80-82
学位论文数据集  82

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