二维精密工作台测量系统设计
二维数控实验台系统控制原理
二维数控实验台系统控制原理
二维数控实验台系统的控制原理是通过计算机对实验台进行控制，实现加工过程的自动化。
具体的控制原理如下：
1. 数控系统：实验台上配备了一个数控系统，由计算机和相关控制器组成。
计算机负责接收用户输入的加工指令，并将其转换为相应的控制信号发送给控制器。
2. 控制器：控制器是连接计算机和实验台各个执行部件的中间设备，负责接收计算机发送的控制信号，并将其转换为电气或液压信号，驱动实验台的各个执行部件进行相应的运动。
3. 执行部件：实验台的执行部件包括电动机、伺服系统、传感器等。
电动机通过接收控制信号，驱动实验台进行直线或旋转运动；伺服系统可以对加工过程进行精确控制；传感器用于检测实验台的位置、力度等信息，并将其反馈给控制器。
4. 加工指令：用户可以通过计算机输入加工指令，包括加工路径、加工速度、切削参数等。
计算机将加工指令转化为控制信号，通过控制器驱动实验台执行相应的运动。
5. 反馈系统：实验台上的传感器可以实时检测加工过程中的位置、力度等信息，并将其反馈给控制器。
控制器通过分析反馈信号，实现对加工过程的闭环控制。
通过以上的控制原理，二维数控实验台系统能够实现高精度、高效率的加工过程，提高了加工质量和生产效率。
数控钻床二维工作台设计毕业设计
毕业设计（论文）数控钻床二维工作台设计姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。
数控机床设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养我们能力的重要步骤。
本设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养我们初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
AbstractWith the industry machining the continuous improvement of product requirements and rapid development of NC technology, CNC machine tools with high precision, high efficiency and low labor intensity, and many other general machine tools can not match advantage, become the mainstream of manufacturing and processing equipment, Most of the production machine for the general machine tools, production equipment, outdated, Use this equipment out of the prevailing poor quality products, low precision, high cost, long lead and other issues, can no longer suited to today's enterprises face the need for competition. CNC Mechatronics curriculum design is an important teaching practice link, Xueshengxuewan technical courses and specialized courses Especially the "numerical control technology," the application of course, it is to train students to integrate theory with practice, solving practical problems important step. The course design is based on a typical mechatronic system design topics --- CNC program development as the main line, numerical control system design by developing the overall program, into the mechanical design of the servo system Composite applications enable students to have learned the mechanical, electronic and computer knowledge, to conduct a mechanical and electrical integration of all aspects of training, which students have the computing power and the preliminary design analysis and process of production capacity of the problems encountered .Keywords：general Milling NC mechanical parts servo system design transformation目录摘要 (i)Abstract (ii)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 数控铣床工作台（X-Y）轴参数 (2)1.2 总体方案设计 (2)2 设计计算 (5)2.1计算切削分力及其额定功率 (5)2.2导轨摩擦力的计算 (6)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (6)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (6)2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (6)2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (6)2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率 (7)2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 (7)2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (8)2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 (8)2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (8)2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (9)3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (10)3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 (10)3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (11)4 计算机械传动系统的刚度 (11)4.1机械传动系统的刚度计算 (11)4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)5 驱动电动机的选用与计算 (13)5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (13)5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (13)5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (14)5.4.选择驱动电动机的型号 (15)6 机械传动系统的动态分析 (16)6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (16)6.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (16)7 机械传动系统的误差计算与分析 (17)7.1.计算机械传动系统的反向死区 (17)7.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (17)7.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (17)8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (18)8.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (18)8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (19)9 数控系统 (19)9.1 硬件设计 (19)9.2 步进电机开环伺服原理 (20)9.3 步进电机控制框图 (21)9.4 软件程序设计 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)绪论进入21世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭受到进入WTO后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。
二维数控工作台设计
图 2 二维数控工作台结构图 1.电机底座 2.X 向步进电机 3.联轴器 4.工作台 5.滚珠丝杠 6.行程天关 7.滚动导轨 8.X 向支座
2.2 电机的选择 2.2.1 选择步距角， 确定脉冲当量
步距角θ=360°（ / ZKm ） =360°（ / 50*2*4 ） =0.9°
4 总结
基于 GT400 运动控制器的二维数控工作台为用户提供了一 个高度柔性的控制平台， 既允许用户利用运动控制器提供的底层 运动函数库进行电机运动规则和控制方面的实践， 也允许用户利 用 G 代码进行开放式数控系统的研究。实践证明， 本工作台运行 良好， 精度较高， 值得推广。
2.2.5 电机的选择
Design of 2D numerical control worktable
2 TIAN Zhen-ya1， GAO Dong-qiang1， GUO Wen-ju1， WANG Hai-bo1，
（1Shaanxi University of Science & Technology， Xi’ an 710021， China ） （2Northwest Institute For Non-ferrous Metal Research， Xi’ an 710021， China ） 【摘 要】简述了基于 GT-400 运动控制器的二坐标联动的开放式数控工作台的基本控制原理， 主 要介绍了机电传动部分以及故障诊断部分的设计， 实践证明该二维工作台实际运行良好， 可以满足一定 的生产及教学实验需要。 关键词： GT-400； 开放式数控工作台； 运动控制器 【Abstract】 The basic principle of a sort of 2D open numerical control worktable which was con－ trolled by GT-400 motion controller was introduced. The design of elctromechanical transfer motion and fault diagnosis of the worktable was described mainly. It has been proved that the open numerical control worktable is operating well and it can meet the need of the product and teaching experiment. Key words： GT-400； Open numerical control worktable； Motion controller 中图分类号： TH12， TP27 文献标识码： A
二维精密工作台设计
⼆维精密⼯作台设计⽬录第⼀节《测控仪器课程设计》要求 (1)第⼆节国内外现状 (2)第三节⽅案设计 (5)第四节测量控制⽅法设计 (13)第五节未来展望与总结 (18)参考⽂献 (20)第⼀节《测控仪器课程设计》要求⼀课程设计⽬的：测控仪器课程设计是⼀次⽐较完整的仪器设计，它是理论联系实际、培养初步设计能⼒的重要教学环节，完成课程设计的⽬的有⼀下⼏点：（1）培养学⽣综合地考虑使⽤、经济、⼯艺、安全性等⽅⾯的设计要求，确定合理的设计⽅案。
（2）测控仪器设计是综合光学，电学，机械学，控制等多门课程的⼀个系统⼯程，培养学⽣从全局出发，体会各个学科融合的⼀次实战演练。
（3）培养学⽣仔细阅读本课程指导书和随时查阅有关教材。
（4）通过分析⽐较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥⾃⼰的创造性，⽽不是简单抄袭或没有根据在臆造；（5）培养学⽣制图功底，训练学⽣通过计算参数，最后完成设计制图的能⼒，（6）了解国内外的技术前沿，以及现有企业可以提供的各种封装产品技术参数。
⼆课程设计技术要求课题名称：基于CCD边缘检测的⼆维测量系统设计要求：1. ⼆维精密⼯作台系统X轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；Y轴⾏程范围10mm，分辨率0.1um，精度要求0.5um；2. CCD测量系统边缘识别，精度要求1um；三设计说明书要求1．根据设计任务要求，确定设计⽅案。
2. 详细讨论系统各部分的实现⽅法和原理。
3．按照技术指标要求计算相应的机械结构参数，有国家标准的零部件，过计算选取。
4．完成设计说明书⼀份，仪器⼯作原理图⼀张，总装配图⼀张（0号），零件图5张以上。
5．提交设计报告书。
要求打印，并列出参考⽂献。
设计说明书要求5000字。
第⼆节国内外现状⼀⼆维精密⼯作台系统随着微电⼦⼯程、计量科学与技术、精密加⼯、纳⽶科学与技术等领域的发展，使微纳⽶定位机构得到了越来越⼴泛的应⽤，各国不断发展微动定位的⼯作，不仅要求有⾼的定位精度，⽽且要求在⽐较⼤的范围内做测量。
机械毕业设计626二维步进单片机控制工作台机械系统设计
摘要本系统采用一级齿轮减速，带动丝杠传动，通过螺母的直线移动带动工作台运动。
根据脉冲当量、步矩角、丝杠导程来确定齿轮的传动比，根据负载转矩的大小来校核丝杠传动的强度。
单片机控制二维工作台是众多控制机械传动方法的一种，它利用单片机发出指令控制步进电机的转角和转速，进而控制X-Y工作台两方向的移动，实现画线，移动物体等功能，常用于试验教学。
单片机控制二维工作台主要由三部分组成：工作台及传动支撑部分，减速装置，控制部分及电机组成。
单片机控制的X-Y工作台系统可以设计为开环，半闭环和闭环伺服系统三种。
本设计采用开环伺服系统，通过单片机控制步进电动机的驱动，经传动机构动带动工作台的运动。
系统没有检测装置。
机械结构设计首先根据工作台的最大载荷，选取导轨副，设计工作台，然后进行结构设计，受力分析，转矩计算，画出工作台的装配草图，再选择步进电动机的型号，进而设计选择滚珠丝杠，最后设计出X-Y工作台，画出其装配图。
关键词工作台；步进电机；脉冲当量；步距角AbstractSCM control of the XY table system can be designed for the open-loop, semi-closed-loop system and closed-loop servo three. I design is open-loop servo systems using the stepper motor driven by the stepper motor control microcontroller-driven, driven by the transmission mechanism dynamic table of the campaign. System is not detecting device. Mechanical structural design of the first table under the maximum load, select the rails of the design table, and then the structural design, mechanical analysis, torque, the assembly table to draw the draft, then select the type stepper motor, thereby Design choices ball screw, the final design XY table, draw their assembly.The system uses a gear to reduce speed transmission driven screw, nut straight through mobile workstation driven campaign. According to pulse equivalent, step moment Kok, screw lead to determine the gear transmission ratio, according to the size of load torque than the strength of the screw drive. SCM control of two-dimensional table of the many methods of control of a mechanical transmission, it issued a directive by SCM stepper motor control and the speed of rotation, thereby control the direction of the two XY table movement, and drawing a line, moving objects , And other functions, commonly used in the trial of teaching.SCM control of two-dimensional table mainly consists of three parts: transmission and support of the table, deceleration devices, motor control parts and components.Keywords table stepper motor control microcontroller-driven pulse equivalent step moment kok目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2工作台的分类 (1)1.3本设计工作台的作用和特点 (3)1.4步进电机的发展现状 (3)1.5单片机的发展现状 (5)2方案原理的设计 (6)2.1总体方案的选择和说明 (6)2.2总体方案实现的系统组成框图 (7)3各零件的设计 (8)3.1步进电机的设计 (8)3.1.1步进电机的组成及工作原理 (8)3.1.2步进电机的选择 (9)3.1.3 步进电机的校核 (9)3.2减速器设计 (10)3.2.1主动齿轮的选择与计算 (10)3.2.2从动齿轮的选择与校核 (13)3.2.3轴的设计 (13)3.3轴承的设计 (16)3.3.1小轴两端轴承的选择和计算 (17)3.3.2大轴两端轴承的选择和计算 (18)3.4联轴器的设计 (19)3.4.1步进电机输出轴与小轴之间联轴器的选择与计算 (19)3.4.2大轴和滚珠丝杠间联轴器的选择和计算 (20)3.5键的设计 (21)3.6丝杠的设计 (22)3.6.1丝杠的特点 (22)3.6.2丝杠的选择 (23)3.6.3丝杠的校核计算 (23)3.7 导轨的设计 (25)3.7.1直线滚动导轨的选型 (26)3.7.2直线滚动导轨的校核计算 (27)3.8支座的特点及材料组成 (29)结论 (32)致谢 (32)参考文献 (34)附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。
CNC二维工作平台设计说明书解读
目录第一章 CNC二维工作平台的总体结构特点 (1)1.1 CNC工作台的结构类型及设计 (1)1.2 拟定合理的传动方案 (3)1.3 控制电机的介绍 (3)1.4 伺服系统 (4)1.5 联轴器的选择 (4)第二章螺旋传动结构设计及电机型号的具体选择 (6)2.1 滚珠丝杠螺母机构介绍 (6)2.2 丝杠螺母副设计及电机选择 (7)第三章轴承的类型及其支撑方式设计 (11)3.1 轴承的类型介绍和具体选择 (11)3.2 确定轴承的尺寸 (11)3.3 对于轴承进行强度校核 (12)3.4 选择轴承的润滑方式 (13)第四章导轨的设计 (14)4.1 导轨的类型概述和选择 (14)4.2 导轨的设计 (15)4.3 导轨的刚度校核 (15)第五章其他技术说明 (16)5.1 装配、拆装、安装的注意事项及工作环境要求 (16)参考文献 (17)第一章 CNC二维工作平台的总体结构特点CNC二维工作平台的总体设计是对此机器的总体布局和全局的安排以及简单零件设计。
总体设计的合理与否对设计有重要意义，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能以及设计质量。
1.1 CNC工作台的结构类型及设计1.1.1 CNC二维工作平台的组成、结构、特性（一）CNC工作平台的主要组成。
CNC二维工作台主要是由工作台滑板（滑块）、直线移动导轨、螺旋传动（丝杠）机构、驱动电机、控制装置、位移检测器、和机体（机座）组成。
（二）CNC工作平台的结构。
CNC工作平台的结构有两种分类方法：（1）按电机与机座、工作台滑板的相对位置分为三种：1.驱动电机与X方向（或Y方向）工作台滑板连成一体。
这种形式简单，但造成低层驱动重量大，电机振动会影响工作台的精度，它适用于低速传动。
2.下层电机不与工作台连成一体，而是装在机座上，上层电动机则与工作台滑板连在一起。
这种形式结构复杂，但是减少了下层电机的驱动重量，适用于中、高速传动，应用较广。
3.将全部电机放在机座上，电机通过一套较长的传动装置驱动工作台移动，这样的结构虽然减轻了下层工作台的承载重量和电机振动的影响，但却影响了传动系统的刚度和运动速度的提高。
二维工作台课程设计【优秀】讲解
机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5)3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q F的计算 (7)4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：设计两轴联动的数控X-Y 运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，； 5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。
CNC二维工作平台设计
机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目: CNC二维工作平台设计专业: 机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十二月CNC二维工作平面设计摘要在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。
机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。
机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。
机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。
机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。
机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。
进给方面，采用开环数控系统，即步进电机数控进给方式。
采用步进电机开环数控系统已基本能满足进给精度的要求。
主传动由于采用了分离传动发案，可较好的隔离电机及变速箱的震动，解决了热变形对主轴的影响，提高机床的加工精度。
再者，数控系统采用单片机技术，可靠性高，成本低，经济性好。
在总体性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。
该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。
作为通用型机床，特别适合汽车工业、摩托车行业、电子工业、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。
机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。
关键词： CNC ；CJ6132 ；分离传动；步进电机目录任务分配 (1)第1章绪论 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 系统总体方案设计概述 (2)第2章方案设计 (3)2.1 性能要求 (3)2.2 设计思路 (3)2.3 尺寸设计 (3)第3章机械结构设计（传动系统设计） (4)3.1 床身 (4)3.2 床头箱结构 (4)3.3 进给系统 (4)3.4 刀架 (4)3.5 尾座采用手动尾座 (4)3.6 冷却系统 (4)3.7 卡盘 (4)3.8 电气系统 (5)3.9 安全保护 (5)第4章CNC二维平台的控制电路的设计（硬件系统的设计） (6)4.1 主要参数的确定 (6)4.2 传动系统图拟定 (6)4.3 电机选择 (6)4.4 进给系统计算 (7)第5章数控系统设计 (9)5.1 单片机系统控制设计的基本要求 (9)5.2 数字控制系统框图 (9)5.3 数控系统的硬件特点 (9)5.4 控制系统图及芯片的选择 (10)5.4.1 系统的选用 (10)5.4.2 系统的扩展 (10)5.4.3 标准型数控系统 (11)5.4.4 MCS-51系列（三总线结构） (13)5.4.5 振荡器和时钟电路 (13)5.5 存储器及系统扩展设计。
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二维精密工作台测量系统设计
作者：郝敏
来源：《硅谷》2011年第17期
摘要：提出二维精密微动工作台的结构及控制方案。
以直线电机作为驱动，由气浮导轨带动工作台实现水平x、y两个方向微位移运动，同时利用光栅传感器构成反馈控制。
z方向采用激光位移传感器，实现非接触测量。
关键词：二维工作台；直线电机；气浮导轨；激光位移传感器；误差分析
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910059－02
0 引言
传统的二维工作台往往由步进电机驱动丝杠等方式进行驱动，由于中间机械传动环节过长带来了摩擦、爬行等误差，限制了工作台位移分辨力的提高。
本文提出了直线电机驱动方式、同时采用气浮导轨，大大减小了误差来源，提高了定位精度，加上高精度的激光位移传感器，组成了高分辨率、高精度的测量系统。
1 测量系统的结构
该测量系统由激光位移传感器、直线电机、气浮导轨、光栅位移传感器、基板、工作台以及控制用计算机组成。
1.1 总体方案
二维工作台由两层组成，基板和工作台由平行气浮导轨支撑。
为满足测量链最短原则，采用直线电机直接驱动工作台。
Y轴和X轴直线电机的动子分别带动基板和工作台进行相应的直线位移。
光栅位移传感器作为位移检测元件实现工作台位移的闭环控制。
激光测量传感器固定，通过工作台移动实现非接触扫描测量。
1.2 二维工作台结构布局
考虑到选用单一气浮导轨时，两轴的直线电机的定子、动子以及导轨需要叠加，造成工作台重心过高，而且运动整体平衡性能不佳。
因此底层Y轴选取双平行对称气浮导轨带动基板运动。
这样，电机和导轨可以占用同一高度空间，降低重心，同时提高了系统的平衡性；X轴选取单个气浮导轨带动工作台运动。
2 测量方法设计
激光测量传感器采用日本Keyence的LK-G30/G35型，包括LK-G传感头、LK-G控制器和装有LK-Navigator的PC。
采用三角法实现物体位移的非接触测量。
其测量原理是：一束激光垂直聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用Li-CCD测出光斑像的位置，即可计算出物体表面激光照射点的位置，从而实现用激光测量物体的表面垂直变化量。
[1]
X是被测点与参考平面之间的距离，为入射光束与成像光轴的夹角，a为参考点的物距，b为参考点像距，y为成像屏上像点的位移量。
在该测量系统中光线垂直入射。
在该测量系统中，工件置于工作台上，首先在x轴电机的带动下沿x轴逐点扫描，完成后在y轴方向移动一步，依次沿y轴扫描。
全部扫描完成后得到表面所有点的垂直变化量。
测量信号处理如图4所示：
系统精度±0.02%，测量垂直范围±5mm，因此测量精度达到1μm，再现性0.05μm。
3 控制方法设计
选择执行元件时，考虑到基板和工作台的承重及所需驱动力不同，分别由HIWIN集团LMS13、LMS23直线电机驱动。
位置反馈光栅位移传感器采用ESSA进口SM12小型光栅位移传感器。
为遵守阿贝原则，X、Y向光栅尺的中心线均和直线电机的动子运动方向在一条直线上，且X、Y向光栅尺的中心线与工作台面在运动过程中始终保持共面。
它将直线的位移变化转换为脉冲信号，脉冲信号的数量对应移动的距离，脉冲频率则反映了运动的速度。
输出信号为矩形方波。
两相相差90度的两路波形，能够指示出移动距离和方向。
系统要有鲁棒性很强的控制器，以消除内部参数扰动和外界干扰的影响。
该系统采用传统的PID控制，根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与要求的预定值一致。
在扫描测量过程中，要求直线电机按指定的速度运行指定的微位移，因此我们用一个PID 控制器来控制电机位移，同时它要控制一个子PID控制器，由子控制器来控制运动速度，由此构成了双闭环系统。
首先设置目标位移量，电机驱动工作台运动，由光栅传感器实时检测并反馈实际位移，根据所得的偏差进一步控制电机的微位移，直到达到定位要求。
运动速度由位移积分得到。
定位精度由光栅的分辨率决定。
4 误差分析
工作台的定位精度由光栅尺来保证，其定位误差造成水平x、y方向的误差，测量误差为垂直z方向误差。
以下为误差来源：
4.1 直线电机
由于负载直接与直线电机的动子连接，无缓冲环节，所以当负载受到外界干扰或者本身质量等发生变化时会直接对电机运行产生影响；另外系统参数的变化、摩擦力以及直线电机特有的端部效应都直接影响着电机的正常运行。
4.2 导轨运动
由于气浮导轨系统的不完善，工作平台在进行X或Y向直线运动时，其移动轨迹可能偏离直线，在Y、Z或X、Z方向会产生附加的直线偏移，同时绕X、Y、Z3轴回转，产生角运动误差。
因此，工作平台在做直线运动时存在直线度误差的平移与回转复合运动。
[2]
三角法测量本身的非线性原理误差。
4.3 光学系统
放大率：光学系统的放大率随着测量点位置的不同变化较大。
光斑中心探测：激光斑像点理想是单个圆滑的原点或单根线条。
像点信号通过比较器得到一个二值化的正矩形脉冲，脉冲的中心是像点的中心。
但在实际测量中，由于光强的分布和表面粗糙度的影响、CCD传感器的分辨力和处理电路等的误差，点像或线像会出现许多变形，影响光斑中心探测。
[3]
4.4 被測件
被测件的一些物理因素，如被测件材料、表面粗糙度、颜色、表面亮暗变化等都会引起成像光斑的像差，对测量结果有影响。
4.5 基准和标准量
由于测量需要一定的基准，工作台表面的平面度以及水平度也直接影响到测量精度。
工作平台的反馈读数光栅引起的定位误差。
激光波长误差造成测量误差。
4.6 环境[3]
温度：光学组件及底座部分热膨胀会造成位置漂移。
光线：外界环境光线对测量光束的干扰。
温度和湿度变化会使空气折射率分布不均匀，激光束发生弯曲而引入较大的误差。
5 总结
二维精密微动工作台以光栅传感器作为反馈元件，定位分辨率最小可达到0.1μｍ。
垂直方向测量传感器测量范围30±5ｍｍ，精度±0.02%。
因此该测量系统具有高精度、大量程的特点。
根据LK-G激光位移传感器的特殊性能，该系统可以对漫反射、透明或半透明物体进行测量。
应用范围包括测量PCB板的变形、测量钢板的厚度、工件的垂直高度等。
参考文献：
[1]朱万彬，激光位移传感器在物体表面形状测量中的应用，光机电信息，2010，27（10）：70-72.
[2]杨洪涛、费业泰等，纳米测量机工作台导轨高精度误差分离原理，上海交通大学学报，2006，40（12）：2066-2069.
[3]黄战华、蔡怀宇等，三角法激光测量系统的误差分析及消除方法，光电工程，2002，29（3）：58-61.
作者简介：
郝敏（1990-），女，汉族，山西长治人，四川大学制造科学与工程学院测控技术与仪器本科在读。