【摘要】：觸針掃描形貌測量儀由于具有測量范圍大、精度高、可靠性高等優(yōu)點,且能夠?qū)Ρ砻孑喞捅砻嫘蚊策M行綜合測量,是應(yīng)用最為廣泛的表面形貌測量儀器之一。電路系統(tǒng)承擔(dān)著傳感器信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、運動控制等重任,是儀器重要的組成部分之一。本文圍繞區(qū)域法觸針掃描形貌測量儀,研究設(shè)計了一套集信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、運動控制功能于一體的電路系統(tǒng),主要研究工作如下:(1)針對區(qū)域法觸針掃描形貌測量儀多軸運動控制、多傳感信號采集、測速要求高、數(shù)據(jù)傳輸量大的特點,充分利用FPGA硬件并行執(zhí)行在高速數(shù)據(jù)采集上的優(yōu)勢及ARM高性能、外設(shè)接口豐富,適合系統(tǒng)總體功能控制的優(yōu)點,研究設(shè)計了基于ARM+FPGA的形貌測量儀電路系統(tǒng),該電路系統(tǒng)能夠分別實現(xiàn)多軸運動、多傳感信號的實時同步控制、采集和數(shù)據(jù)傳輸。(2)研究并設(shè)計了一種光柵位移傳感器信號自適應(yīng)調(diào)理電路,有效解決了實際光柵正余弦信號幅值和相位關(guān)系不穩(wěn)定引起李薩圓不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致的計數(shù)細分誤差問題。(3)針對由于采用遲滯比較所帶來的遲滯效應(yīng)可能導(dǎo)致計數(shù)誤差的問題,提出了一種面向光柵信號計量的改進的遲滯區(qū)間補償算法,該算法能夠有效克服以往補償算法采用計算遲滯門限電壓進行計數(shù)補償所帶來的計數(shù)誤差;優(yōu)化和完善了干涉位移傳感器計量算法。(4)編寫了ARM端下位機程序,基于Modelsim搭建了Testbench,完成了FPGA設(shè)計功能仿真測試,并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了FPGA硬件電路設(shè)計;封裝了底層硬件操作函數(shù),在此基礎(chǔ)上開發(fā)了硬件板卡上位機用戶程序。(5)在前述工作基礎(chǔ)上,建構(gòu)了基于ARM+FPGA的區(qū)域法觸針掃描形貌測量儀電路系統(tǒng),并應(yīng)用于區(qū)域法觸針掃描形貌測量儀,完成了二維輪廓、三維形貌測量實驗,驗證了電路系統(tǒng)的有效性、穩(wěn)定性和可靠性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH702
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文2 系統(tǒng)總體設(shè)計域法觸針掃描形貌測量儀中，電路系統(tǒng)承擔(dān)著二維工作臺驅(qū)動、定位態(tài)控制，傳感器信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎匾螀^(qū)域法觸針掃描形貌測量儀工作原理基礎(chǔ)上，圍繞其電路系統(tǒng)總體功能路系統(tǒng)總體設(shè)計。器工作原理法觸針掃描形貌測量儀是能夠?qū)崿F(xiàn)表面形貌和輪廓綜合精密測量的接量儀器，觸針形貌測量儀的主要組成部分如下圖 2-1 所示。

圖 2-2 網(wǎng)格掃描動態(tài)采集示意圖區(qū)域法測量時，固定位移傳感器，由二維工作臺帶著被測量工件進采樣過程為：先沿著 X 方向以間距 x進行數(shù)據(jù)采樣，完成第一條后回到測量原點。接著向 Y 方向移動 y，進行第二條 X 向輪廓采輪廓線的測量起點。接下來繼續(xù)向 Y 方向移動 y，進行該起點所重復(fù)上述過程，直到第 N 條輪廓采樣結(jié)束。在整個區(qū)域法測量過程 X 方向輪廓，每條輪廓進行 M 個數(shù)據(jù)采集，共采集 M N個采樣點 x， y），采樣矩陣（ M N），采樣面積（S）的組合構(gòu)成了區(qū)域，三者的關(guān)系為：12S l ll (M 1) x1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 董斌,尤政,劉興占,李穎鵬;用構(gòu)造光系統(tǒng)實現(xiàn)3-D形貌測量的研究[J];光學(xué)精密工程;1999年03期

2 宋曉波;李濟順;朱孔敏;;接觸式二維形貌測量儀[J];軸承;2008年03期

3 侯立周,強錫富;數(shù)字散斑干涉技術(shù)在形貌測量中的應(yīng)用及進展[J];宇航計測技術(shù);1999年03期

4 李雅倩;林洪彬;;回轉(zhuǎn)體形貌測量中的相機自標(biāo)定[J];光學(xué)精密工程;2011年08期

5 董斌,尤政,劉興占,李穎鵬;空間編碼與灰度投影相結(jié)合實現(xiàn)高效3-D形貌測量的研究[J];光學(xué)技術(shù);2000年01期

6 曉晨;;用投影莫爾條紋技術(shù)進行形貌測量[J];激光與光電子學(xué)進展;1993年12期

7 李旭東;崔磊;姜宏志;趙慧潔;;一種點掃描形貌測量系統(tǒng)的現(xiàn)場標(biāo)定方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2010年12期

8 高成勇,蘇愛國;簡諧波運動理論在物體曲面形貌測量中的應(yīng)用[J];山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2005年05期

9 徐金明;白以龍;;原子力顯微鏡形貌測量偏差的機理分析及修正方法[J];力學(xué)學(xué)報;2011年01期

10 代祥俊;戴美玲;楊福俊;盧位昌;姚亞卿;;基于面內(nèi)位移測量和剛體旋轉(zhuǎn)的形貌測量方法[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年06期

相關(guān)會議論文 前1條

1 劉誠;朱健強;;數(shù)字全息形貌測量的基本特性分析[A];第六屆全國激光科學(xué)技術(shù)青年學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 胡穎嵩;基于數(shù)字投影的三維條紋形貌測量技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 於得奮;區(qū)域法觸針掃描形貌測量儀電路系統(tǒng)設(shè)計[D];華中科技大學(xué);2017年

2 王yN澤;平行光束干涉投影的微小零件形貌測量技術(shù)[D];華北理工大學(xué);2016年

3 劉洋;光柵投影雙目視覺形貌測量技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

4 肖志勇;基于數(shù)字投影的形貌測量系統(tǒng)的實現(xiàn)[D];武漢郵電科學(xué)研究院;2011年

5 丁文璇;表面親疏水特性對形貌測量的影響[D];北京化工大學(xué);2017年

6 景江;基于無人機的大空間視覺形貌測量技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2017年

7 蘇涵;激光三角掃描物體形貌測量傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2017年

8 于立國;基于方棱鏡的大錯位電子散斑干涉形貌測量技術(shù)研究[D];山東師范大學(xué);2010年

9 馬蛟;基于數(shù)字光柵投影的形貌測量技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

10 張明財;投影柵線法形貌測量中系統(tǒng)標(biāo)定及相位去包裹的研究[D];山東大學(xué);2008年

本文編號：2731665