基于PMAC的微結(jié)構(gòu)密集陣列加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、微結(jié)構(gòu)功能表面是指具有特定微小拓?fù)湫螤畹墓δ鼙砻妫捎谄洫?dú)特的光學(xué)性能，在光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，市場(chǎng)需求巨大。目前，微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面元件大批量高效率生產(chǎn)的主要途徑是復(fù)制加工技術(shù)，但是在微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的復(fù)制過程中，微結(jié)構(gòu)表面模具的加工質(zhì)量對(duì)最終的產(chǎn)品性能起著決定性的作用。因此，研究開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)微結(jié)構(gòu)表面模具加工的機(jī)床并滿足加工需要的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能元件低成本和大批量生產(chǎn)具有重要意義。
　　本課題根據(jù)微結(jié)構(gòu)密

2、集陣列的加工工藝要求，采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的刀架裝置作為微進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)金剛石刀具沿Z軸方向高頻響、短行程的快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并搭建基于IPC和PMAC的硬件平臺(tái)，開發(fā)了微結(jié)構(gòu)密集陣列數(shù)控系統(tǒng)。
　　首先，根據(jù)微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工要求，確定加工機(jī)床的整體布局，選用加工系統(tǒng)的硬件，設(shè)計(jì)了刀架裝置并分析其驅(qū)動(dòng)原理，搭建了數(shù)控系統(tǒng)的電控系統(tǒng)，并確定輸入輸出信號(hào)的連接。利用Qt4.8,采用模塊化設(shè)計(jì)思想開發(fā)了一套界面美觀，易于操作的數(shù)控系統(tǒng)軟件，

3、并對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件關(guān)鍵問題和功能模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為深入的探討。
　　其次，基于Balser和OpenCV開發(fā)了微點(diǎn)陣加工在位檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工圖像的采集和保存。采用標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)在位檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用基于9×9模板的三次樣條曲線插值法進(jìn)行亞像素邊緣檢測(cè)，利用最小二乘法對(duì)獲取的輪廓進(jìn)行圓的擬合，求得圓輪廓直徑的像素尺寸，通過標(biāo)定系數(shù)計(jì)算微結(jié)構(gòu)直徑的實(shí)際尺寸。
　　最后，進(jìn)行加工機(jī)床的參數(shù)調(diào)節(jié)與優(yōu)化，通

4、過對(duì)PID參數(shù)和速度、加速度、摩擦前饋參數(shù)的調(diào)節(jié)，改善了控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。利用激光干涉儀測(cè)得各個(gè)進(jìn)給軸的定位誤差，并對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行定位誤差的補(bǔ)償，提高了加工機(jī)床的定位精度。其中，X軸在250mm工作行程上的定位誤差范圍從24.57μm降為2.155μm。介紹了微結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣的排列方式，利用開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了四種類型的微結(jié)構(gòu)密集陣列的加工，并利用白光干涉儀對(duì)加工的微點(diǎn)陣進(jìn)行檢測(cè)。加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際要求相符，表明了開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)是可