摘要：利用单晶金刚石超精密切削6061铝合金(Al6061)实验与有限元仿真计算方法(FEM),研究Al6061的单晶金刚石超精密切削机理。通过构建不考虑Al6061材料中杂质与二次相特性的超精密切削2D有限元模型(Al6061 FEM),与相同切削条件下Al6061单晶金刚石切削实验对比,切屑形态与切削力等参数两者较吻合。研究发现,当切削深度为2μm,切削速度为500mm/min时,模型计算的切屑为锯齿形层层叠加在一起;切削力受切屑形态的影响,随单个锯齿形成过程先增加后减小,呈周期变化;切削表面出现单元格损伤缩颈变形和塑性恢复变形,两者综合作用生成切削表面,而实际Al6061切削加工生成表面受材料中杂质与二次相的影响,不考虑Al6061材料中杂质与二次相的切削生成表面计算结果无法评估实际切削表面生成过程;切削热主要受Al6061切屑层挤压变形作用产生,切屑与前刀面以及新生成的表面与后刀面摩擦生热量相对较小。对比有限元计算结果,实验切削力波动范围大,主要受材料特性的影响。

摘要：为适应微电子制造装备中精密位移反馈装置的要求,提出并设计了一种新型宏微复合光栅尺测量系统.测量系统采用LabVIEW虚拟仪器系统高速采集图像数据,通过图像处理算法对放大后的光栅栅纹进行边界处理,将其细化为线再转化为像素点,并补偿运动过程中的微量位移来提高精度.实验结果表明:电机速度为1mm/s,行程为100mm内时,该系统产生的位移误差可控制在1.5μm内,分辨率可达0.275μm.与传统光栅尺测量中需对莫尔条纹进行电子细分相比,本测量系统可以有效消除光栅尺破损、污染、倾斜、光源不稳定等干扰给测量带来的影响,同时保持微米级别的测量精度,特别适用于敞开式光栅尺长行程的测量领域.

摘要：针对因激光测距系统在数据传送过程中产生的系统误差而影响系统测量性能的问题,研究开发了一套以相位式激光测距原理为基础的嵌入式激光测距系统,系统硬件部分主要采用ARM Cortex系列内核的STM32F1作为主机控制器、STM32F0作为从机激光测距模块的控制器,软件部分是在此硬件基础上借助Keil平台进行下位机软件开发,同时结合虚拟仪器LabVIEW来开发上位机测量操作界面,其中通过主机控制器搭载μC/OS-Ⅲ实时操作系统实现系统多任务管理。通过对实验数据的测试分析,提出了一种通过自定义HEX通信协议来提高系统测量精度和稳定性的方法。经过实验验证系统,最大相对误差不超过2%,测量精度±2 mm,可以满足系统在精度,稳定性上的设计要求。

摘要：为了实现绝对光栅尺的快速解码,提高绝对光栅解码的实时性,建立了片上Nios绝对光栅编解码系统。首先,使用Verilog hdl语言编写了光栅编码采集的前端CCD和AD驱动。接着,将转换后的数据送到后端,以EP2C5T144C8为核心处理器的FPGA上的硬件加速模块,获得光栅条纹编码信息。然后,利用sopc技术,在实现Avalon数据接口ip核的基础上,搭建绝对光栅编码采集和处理平台,最后,在NIOS II IDE软件开发环境中,编写生成伪随机码绝对位置查询数据库和解码程序。实验结果表明:此编解码系统,在解码速度为2000帧/s条件下,精度为7μm,基本解决面阵做采集帧速不够的问题,并有较好的实时性,有效地降低了开发成本,为绝对光栅的开发提供了一个新的途径。

摘要：针对自主研发的高精密五轴机床,开发了一套开放式数控系统。阐述了精密五轴机床的机械结构,搭建了基于工控PC和UMAC的开放式数控系统硬件平台。采用模块化设计方法,基于QT软件开发了数控系统的软件,实现了数控程序编辑、轴运动控制、工艺参数设置、人机交互等功能,并详细说明了数控操作面板与手轮功能的实现过程。最后,通过菲涅尔透镜加工实验,验证了开发的数控系统能满足高精密五轴机床的加工要求。

摘要：通过对绝对光栅尺图像编码及解码原理的研究,完成了基于FPGA对绝对光栅尺编码图像软硬件采集系统的设计。在FPGA中实现基于SDRAM的控制模块,设计了CMOS摄像头的I2C控制模块,建立了VGA输出显示模块,新增了CMOS摄像头开窗扫瞄模块及灰度处理模块。整个模块的设计基于Quartus II 9.0软件开发平台,使用Verilog HDL语言进行编程,在主控核心芯片EP2C8Q208C8N硬件平台上实现编码图像的采集,采集到的绝对编码数据传送给后端DSP解码得出绝对光栅尺的位移绝对位置。该系统实现了绝对位置的采码功能,同时保持了采码的可靠性,为绝对式光栅尺的开发研究提供了一条新的途径。

摘要：立柱是机床的核心部件之一，其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象，通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力，获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化，获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后，立柱质量没有增加的前提下，立柱的最大响应振幅大大降低，从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。

摘要：针对导光板模具微结构加工过程中微孔尺寸定时在位测量的要求,基于视觉测量技术提出了在微冲孔机床上集成导光板模具微孔点阵在位测量系统的解决方案。它通过相机获取微结构的加工图像,运用一系列图像处理算法提取测量目标的亚像素边缘并进行拟合。提出两步标定技术求取亚毫米视野镜头畸变映射及像素当量。通过将视觉测量结果与白光干涉仪的测量结果对比,证明该测量系统的精度能够达到±1μm以内,具有实时、快速、高精度、重复性好的等特点。

摘要：设计了一个垂直轴宏微复合平台,宏动台采用交叉滚柱导轨,直线电机驱动,微动台采用柔性铰链导向机构,压电陶瓷驱动,对微动台固有频率进行了测试,其固有频率为351 Hz,响应速度快。然后基于激光干涉仪搭建了宏微复合平台直线度测量系统,获得了-100 mm^100 mm的直线度误差值,分别用两端点连线法以及最小二乘法分析了实验数据,得到了平台导轨的直线度误差25.32μm。最后测试了微动台的低频动态位移输出,可达56.59μm,能满足宏动台直线度补偿要求,该研究为直线度误差补偿提供了依据。

摘要：针对机器人分拣系统对工件摆放位置要求高的问题,研究开发了一套基于机器视觉的机器人分拣系统。阐述了该系统的组成和工作流程,搭建了基于机器视觉的机器人分拣系统实验平台,提出了一种适用范围广的快速手眼标定方法,采用机器视觉技术对摆放在相机视野范围内任意位置的工件进行定位并分类,通过TCP通信协议将定位分类信息发送给机器人,从而引导机器人对工件进行分拣。最后,进行了多次分拣实验,结果表明,该系统可对任意位置的工件进行分类,自动化程度高。