金刚石砂轮形貌在位测量仪嵌入式控制系统研究

发布时间：2017-08-04 13:43

  本文关键词：金刚石砂轮形貌在位测量仪嵌入式控制系统研究

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【摘要】：砂轮作为磨削加工的磨削刀具,其表面形貌直接决定所加工表面的质量。现有多数砂轮测量设备需要将砂轮从磨床拆卸后重新定位在测量仪器上,这一过程使得实时观测加工过程中磨具的变化趋势难以实现。为准确的获得砂轮全寿命表面形貌变化过程,就需要研制针对砂轮表面形貌的在位检测系统。然而,为实现这一功能,检测系统需要具备多自由度精确运动能力,以适应系列尺寸砂轮的大范围表面检测,同时还需要系统在光学系统的光轴方向实现亚微米级的精确定位。这些要求都为在位检测设备的研制提出了新的挑战。本文基于嵌入式处理器在运动控制方面具有实时性强、稳定性好、易于集成的优越性,针对集成聚焦合成和白光垂直扫描干涉原理的砂轮表面形貌测量仪采集控制系统的便携性需求,旨在通过嵌入式开发模块实现砂轮表面形貌测量仪XYZ方向步进电机的驱动控制、图像采集系统CCD的驱动和压电陶瓷驱动电源的设计,提高控制系统的综合适用性,实现砂轮表面形貌测量仪采集控制系统的微型化。主要研究内容如下:(1)基于砂轮表面形貌测量的重要性,综述了砂轮表面形貌在位测量的研究现状和嵌入式系统在图像采集处理中的应用。分析了聚焦合成、白光垂直扫描干涉扫描的基本原理,据此提出砂轮表面形貌测量仪运动系统、光学系统、位置反馈系统的参数性能。(2)研究系统优化集成方案,采用以Raspberry Pi为核心的嵌入式开发模块,完成系统XYZ三个方向步进电机的驱动控制,达到每转200~10000步的控制;完成USB2.0接口CCD相机的驱动,实现最高12fp/s的图像采集速率;完成压电陶瓷驱动电源的硬件电路设计,并在Linux操作系统下实现砂轮表面形貌测量仪硬件驱动和采集控制策略的融合。(3)为了实现对砂轮表面形貌测量仪的良好驱动控制,通过QT完成采集控制系统的人机交互控制界面,主要包括图像显示界面,步进电机的控制界面,压电陶瓷微位移平台的控制界面。经过以上几个方面的工作,本文搭建了砂轮形貌在位测量仪的嵌入式驱动控制系统。实验结果表明,该控制系统能够实现测量仪系统的驱动控制,满足在位检测对运动控制的需求。
【关键词】：表面形貌测量仪 嵌入式集成 Linux 算法驱动融合 QT 控制界面
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的背景及意义9-10
• 1.3 砂轮表面形貌测量的研究现状10-11
• 1.4 嵌入式系统在图像处理及控制中的应用现状11-16
• 1.4.1 基于嵌入式的图像处理11-14
• 1.4.2 嵌入式系统的应用性能14
• 1.4.3 嵌入式用户图形界面14-16
• 1.5 本文主要内容16-19
• 第2章 砂轮形貌测量仪系统功能和嵌入式集成控制方案19-31
• 2.1 形貌测量仪总体结构及测量原理19-22
• 2.1.1 聚焦合成的原理21
• 2.1.2 白光垂直扫描干涉基本原理21-22
• 2.2 形貌测量仪系统参数22-27
• 2.2.1 光学系统及参数22-24
• 2.2.2 运动控制系统和位置反馈系统24-27
• 2.3 控制系统嵌入式集成方案27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 测量仪控制系统驱动的嵌入式实现31-53
• 3.1 XYZ向电机嵌入式驱动控制31-39
• 3.1.1 步进电机细分驱动原理32-33
• 3.1.2 步进电机驱动控制33-39
• 3.2 CCD嵌入式驱动39-44
• 3.2.1 CCD工作原理39-40
• 3.2.2 CCD的驱动控制40-44
• 3.3 控制系统电源44-52
• 3.3.1 控制系统直流稳压电源44-45
• 3.3.2 压电陶瓷概述45-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 测量仪嵌入式控制策略及人机交互界面53-63
• 4.1 测量仪嵌入式控制策略53-57
• 4.2 人机交互界面57-61
• 4.2.1 QT的体系结构58-60
• 4.2.2 控制系统人机交互界面60-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第5章 嵌入式控制系统功能测试及分析63-75
• 5.1 嵌入式表面形貌实时采集处理系统63-70
• 5.1.1 主控单元及系统结构63-64
• 5.1.2 系统实物搭建64-68
• 5.1.3 实验结果及分析68-70
• 5.2 形貌测量仪嵌入式控制系统性能测试70-73
• 5.3 本章小结73-75
• 第6章 总结与展望75-77
• 6.1 全文工作总结75
• 6.2 本文创新之处75-76
• 6.3 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果83

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本文编号：619904