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《合肥工业大学》 2015年
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面向纳米定位的跨尺度二维工作台关键控制技术研究

袁钰  
【摘要】:随着科技飞速发展,测量领域中对测量精度的要求也在不断提高,传统仅靠一种方式进行驱动控制无法满足达到纳米级高定位精度的同时实现较大的运动范围。纳米级高精度定位与较大运动行程之间的矛盾逐渐显现出来。因此,开展大行程精密定位系统的研究工作具有十分重大的意义。为实现大行程、高精度的定位目标,本文研制了跨尺度二维工作台系统。系统通过大行程宏动工作台与六自由度微动工作台组合,搭建了宏/微双驱动高精度二维工作台系统。该系统利用机器视觉技术,通过图像处理的方法确定系统中各个零件的位置,驱动宏动工作台高速移动实现粗定位。通过微动工作台与宏动工作台的循环配合工作实现精密定位,使整个二维工作台系统达到纳米级驱动分辨力。该跨尺度二维工作台系统具有行程大、纳米级驱动分辨力、定位快速、智能化、成本低等特点。论文主要从以下四个方面介绍已经完成的研究工作:1、根据宏/微双驱动技术的工作原理,提出面向纳米定位的跨尺度二维工作台系统控制方案,使工作台在200mm×200mm的大行程工作范围内达到纳米量级的驱动分辨力,并且微动工作台具有6个自由度,可以补偿大行程运动时由宏动工作台机械结构不完善等带来的角度误差。2、详细介绍了跨尺度二维工作台系统各模块的设计:工作台系统主要由机器视觉模块、宏动工作台模块、微动工作台模块、由测量探头和激光干涉仪等组成的测长模块。本工作台系统引入了了机器视觉,通过机器视觉模块实现图像采集及识别,确定起始点和目标点位置,宏动工作台与微动工作台根据起始点和目标点的位置来设置控制参数和路径规划,使系统更加智能化。3、搭建控制系统:探索合适的控制方法,在VS环境下编写工作台系统的控制软件,设计各个模块以及各模块之间的控制方法,搭建完整的闭环控制系统,在系统定位过程中增加高低速转换的控制程序,提高了系统定位效率。4、对各模块以及整个系统的定位精度进行测试。实验结果表明,工作范围为200mm×200mm的二维工作台系统的定位精度在0.3μm左右,经过误差修正后系统的定位精度在±15nm范围内。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP391.41

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