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大型精密辊筒机的控制系统关键技术研究与开发

杨烨  
【摘要】:微结构阵列具有特殊的表面形貌特征,通常作为光学系统的关键部件,在成像系统、新能源、通讯等领域中被广泛应用。区别于传统工艺,Roll-to-Roll成型技术需要先完成对辊筒表面的微结构阵列加工,再利用加工好的辊筒模具大面积压印生产微结构阵列薄膜,该项技术能大大提高微结构阵列的加工效率,满足微结构阵列薄膜日益增长的需求。Roll-to-Roll成型技术在国内发展较晚,辊筒模具的加工作为该项技术的关键环节目前仍基本依靠国外机床完成。因此,为了打破发达国家对我国在该领域的垄断,研究与开发针对辊筒模具表面微结构阵列加工的大型精密辊筒机及其控制系统具有重要意义。本文首先介绍了大型精密辊筒机的机械结构,再根据其实际的使用环境,对其运动控制器、工控机、伺服驱动系统、测量反馈系统等硬件进行选型,采用IPC+UMAC的控制模式,搭建了大型精密辊筒机控制系统硬件平台。然后,基于Windows7操作系统,利用Qt4.8完成对控制系统上位机软件的开发。分析了上位机软件需要具备的各项功能,在此基础上设计了上位机软件的框架,明确了利用动态链接库完成上位机与下位机的通讯。最终采取分层模式,完成从UI层、技术服务层到应用逻辑层的设计开发。随后,依托UMAC运动控制器强大的功能,利用C++语言,完成了上位机软件中各项功能的编写,包括机床状态显示、运动控制、代码生成、加工文件管理等多项功能。其次,通过分析大型精密辊筒机的加工原理,探讨辊筒表面微结构阵列加工方法,并以线性菲涅尔结构为例,完成了表面微结构阵列的建模,并根据生成的加工代码,利用加工仿真软件完成了辊筒表面微结构的刀路轨迹仿真。最后,利用实验室现有资源,对大型精密辊筒机控制系统加以验证,成功实现了机床的使能、回零以及加工文件的载入、运行等功能,并进行了辊筒表面线性菲涅尔结构的加工实验,验证了系统的可行性、稳定性。


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