区域法触针扫描形貌测量仪电路系统设计

发布时间：2020-06-27 09:46

【摘要】：触针扫描形貌测量仪由于具有测量范围大、精度高、可靠性高等优点,且能够对表面轮廓和表面形貌进行综合测量,是应用最为广泛的表面形貌测量仪器之一。电路系统承担着传感器信号调理、数据采集、数据存储、数据传输、运动控制等重任,是仪器重要的组成部分之一。本文围绕区域法触针扫描形貌测量仪,研究设计了一套集信号调理、数据采集、运动控制功能于一体的电路系统,主要研究工作如下:(1)针对区域法触针扫描形貌测量仪多轴运动控制、多传感信号采集、测速要求高、数据传输量大的特点,充分利用FPGA硬件并行执行在高速数据采集上的优势及ARM高性能、外设接口丰富,适合系统总体功能控制的优点,研究设计了基于ARM+FPGA的形貌测量仪电路系统,该电路系统能够分别实现多轴运动、多传感信号的实时同步控制、采集和数据传输。(2)研究并设计了一种光栅位移传感器信号自适应调理电路,有效解决了实际光栅正余弦信号幅值和相位关系不稳定引起李萨圆不稳定,从而导致的计数细分误差问题。(3)针对由于采用迟滞比较所带来的迟滞效应可能导致计数误差的问题,提出了一种面向光栅信号计量的改进的迟滞区间补偿算法,该算法能够有效克服以往补偿算法采用计算迟滞门限电压进行计数补偿所带来的计数误差;优化和完善了干涉位移传感器计量算法。(4)编写了ARM端下位机程序,基于Modelsim搭建了Testbench,完成了FPGA设计功能仿真测试,并在此基础上实现了FPGA硬件电路设计;封装了底层硬件操作函数,在此基础上开发了硬件板卡上位机用户程序。(5)在前述工作基础上,建构了基于ARM+FPGA的区域法触针扫描形貌测量仪电路系统,并应用于区域法触针扫描形貌测量仪,完成了二维轮廓、三维形貌测量实验,验证了电路系统的有效性、稳定性和可靠性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH702
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文2 系统总体设计域法触针扫描形貌测量仪中，电路系统承担着二维工作台驱动、定位态控制，传感器信号调理、数据采集、数据存储、数据传输等重要任区域法触针扫描形貌测量仪工作原理基础上，围绕其电路系统总体功能路系统总体设计。器工作原理法触针扫描形貌测量仪是能够实现表面形貌和轮廓综合精密测量的接量仪器，触针形貌测量仪的主要组成部分如下图 2-1 所示。

图 2-2 网格扫描动态采集示意图区域法测量时，固定位移传感器，由二维工作台带着被测量工件进采样过程为：先沿着 X 方向以间距 x进行数据采样，完成第一条后回到测量原点。接着向 Y 方向移动 y，进行第二条 X 向轮廓采轮廓线的测量起点。接下来继续向 Y 方向移动 y，进行该起点所重复上述过程，直到第 N 条轮廓采样结束。在整个区域法测量过程 X 方向轮廓，每条轮廓进行 M 个数据采集，共采集 M N个采样点 x， y），采样矩阵（ M N），采样面积（S）的组合构成了区域，三者的关系为：12S l ll (M 1) x1

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本文编号：2731665