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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王春霖
研究生(外文):Chun-Lin Wang
論文名稱:接觸式二維高精密量測系統之動態特性探討
論文名稱(外文):Studies on the Dynamic Characteristics of a 2D Contact-type High-precision Measuring System
指導教授:劉永田
指導教授(外文):Yung-Tien Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:機械與自動化工程所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:高精密量測XY平台雷射干涉儀壓電致動器雙伺服控制非球面循跡掃描
外文關鍵詞:aspheric surfaceHigh-precision measuringcontour measuring systemLaser interferometerPZT actuatorXY stageDual-servo control system
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本研究乃針對精密光學元件的表面量測,建構接觸式二維高精密量測系統。該系統由 AC 伺服馬達驅動之 XY 平台、雷射干涉儀、特殊設計之雷射光路,以及利用壓電致動器之主動式探測頭所組成。先前的研究成果已驗證靜態基本特性,包含 XY 平台的移動特性、雷射量測系統的誤差補償、特殊光路之有效性等。
本文主要針對該量測系統進行動態特性探討。首先依據壓電致動器所驅動之探測頭的靜態及動態位移特性,建構量測力為 100 mgf 之主動式探測頭的控制系統;接著,將該主動式探測頭安裝至長行程量測用之 XY 驅動平台,建構一量測精度取決於雷射干涉儀之雙伺服控制系統,並藉由一系列的動態控制實驗探討其動態性能。另外,並針對高精度光學元件表面進行二維(2D)的點對點動態量測。實驗結果,在量測範圍 1.4 mm 內的最大誤差為 0.63 μm,整體誤差的均方根值為0.30 μm。經以上所探討的動態性能,建構一循跡掃描控制系統;並進行無氧素銅(OFC) 之非球面模仁表面量測實驗。其量測結果與 TalyScan 150 量測結果比較,誤差的均方根值僅有 0.18 μm,驗證了本系統未來發展成快速連續軌跡掃描量測
系統的可行性。

關鍵字:高精密量測、XY 平台、雷射干涉儀、壓電致動器、雙伺服控制、非球面、循跡掃描
This study is aimed at constructing a 2D contact-type high-precision measuring system for profile measurements of precision optical lens. The measurement system is
consisted of an XY table driven by AC servo motors, a laser interferometry system,specially configured laser optical paths, and an active measuring probe driven by PZT
actuators. In previous studies, the static fundamental characteristics including the motion behaviors of the XY stage, error compensation for the laser interferometry
system, and the effectiveness of the optical path were verified.
In this thesis, the dynamic characteristics of measuring system are examined.Firstly, according to the static and dynamic displacement characteristics of the measuring probe driven by PZT actuators, an active probe control system having a constant measuring force specified by 100 mgf is configured. The active probe is then mounted to the XY table used for long-range measurement. This combination is belonged to a dual-servo control system having a measuring accuracy determined by laser interferometer. The dynamic characteristics of the measurement system were verified through series experiments. A point-to-point measurement method based on the active probe control system was applied to measure the 2D profile of an optical lens.The maximum and mean square errors were obtained as 0.63 μm and 0.30 μm,respectively, for the measurement range of 1.4 mm. Then, the contour measurement system was configured based on the dual-servo control system of the active probe; and the measurement experiment for the aspheric surface of an oxygen-free copper (OFC) was performed. The measured result was compared to that measured by TalyScan 150 and with a mean square mean error of only 0.18 μm. According to the studies conducted in this thesis, further development of obtaining a high-speed contour measuring system is highly expected.

Keyword: High-precision measuring, XY stage, Laser interferometer, PZT actuator,Dual-servo control system, aspheric surface, contour measuring system.
中文摘要..................................................I
英文摘要.................................................II
誌 謝....................................................IV
目 錄.....................................................V
表目錄..................................................VII
圖目錄.................................................VIII
符號說明.............................. ...................X
第1 章 緒論...............................................1
1.1 前言..................................................1
1.2 雷射量測系統概述......................................4
1.3 現有相關研究成果......................................9
1.4 研究目的.............................................10
1.5 論文架構.............................................11
第2 章 接觸式二維高精密量測系統建構......................12
2.1 前言.................................................12
2.2 量測系統之雷射光路徑.................................12
2.2.1 新光路徑規劃.......................................13
2.2.2 光路徑設計.........................................15
2.2.3 光路徑特色.........................................16
2.3 量測系統之驅動裝置介紹...............................16
2.3.1 精密XY 平台的驅動裝置-AC 伺服馬達.................18
2.3.2 精密XY 平台的傳動方式-滾珠螺桿....................20
2.3.3 精密XY 平台的導引裝置-交叉式滾柱直線導軌..........20
2.3.4 精密XY 平台的位移感測裝置-光學尺..................21
2.3.5 HP5529A 雷射動態量測系統...........................22
2.4 接觸式探測頭之設計與建立.............................23
2.5 量測系統之原理與特點.................................24
2.6 本章結語.............................................24
第3 章 動態特性驗證......................................25
3.1 前言.................................................25
3.2 主動式探測頭的位移特性...............................25
3.3 主動式探測頭的等效剛性...............................26
3.4 探測頭動態控制系統特性...............................27
3.4.1 實驗架構...........................................28
3.4.2 單次步階驅動之移動特性實驗.........................28
3.4.3 連續步階驅動之移動特性實驗.........................30
3.5 探測頭結合XY 平台控制系統............................31
3.5.1 實驗架構...........................................31
3.5.2 脈衝驅動之Y 軸移動特性實驗.........................32
3.6 量測點之固定量測力控制...............................35
3.6.1 實驗架構...........................................35
3.6.2 步階驅動 Y 軸後退之控制實驗........................37
3.6.3 步階驅動 Y 軸前進之控制實驗........................38
3.7 本章結語.............................................40
第4 章 光學鏡片動態量測實驗..............................41
4.1 前言.................................................41
4.2 實驗準備.............................................41
4.2.1 光學鏡片表面動態量測實驗規劃.......................42
4.2.2 控制程式介面.......................................43
4.3 實驗架構.............................................44
4.4 光學鏡片表面動態量測.................................45
4.5 本章結語.............................................48
第5 章 循跡掃描控制實驗..................................49
5.1 前言.................................................49
5.2 循跡掃描控制系統.....................................49
5.3 無氧素銅之非球面模仁表面量測實驗.....................50
5.3.1 相關實驗設備介紹...................................50
5.3.2 探測頭等效剛性.....................................53
5.3.3 實驗架構...........................................54
5.3.4 實驗結果...........................................54
5.4 本章結語.............................................56
第6 章 結論與未來展望....................................57
6.1 結論.................................................57
6.2 未來展望.............................................59
參考文獻.................................................61
[1] http://www.taylor-hobson.com,97 年6 月。
[2] http://industrial.panasonic.com/jp,97 年6 月。
[3] 林三寶,「雷射原理與應用」,全華科技圖書股份有限公司,1991.
[4] P. Castellini, G.M. Revel, and E.P. Tomasini, “Laser Doppler vibrometry: A review of advances and applications,” The shock and vibration digest, Vol. 30, No.6, pp. 443-456, 1998.
[5] T. Y. Chen, P. H. Hou, J. Y. Chiu, “Measurement of the ballscrew contact angle by using the photoelastic effect and image processing”Optics and Laser in
Engineering, 38, pp. 87-95, 2002.
[6] B. K. A. Ngoi and K. Venkatakrishnan, “An acousto-optic vibrometer for measurement of vibration in ultra-precision machine tools,” Advanced Manufacturing Technology, 16, pp. 830-834, 2000.
[7] J. Swevers, F. Al-Bender, C.G. Ganseman, and T. Prajogo, “An integrated friction model structure with improved presliding behavior for accurate friction
compensation,” IEEE Trans. on Automatic Control, Vol. 45, No. 4, pp. 675-686,2000.
[8] 劉永田、山形豐、林宏輯、劉彥輝,「高精密接觸式量測探頭的設計與分析」,2006,中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會論文集,95 年11 月24-25日,崑山科技大學,台南,B6-017, pp.310-315.
[9] 劉永田、林宏輯、劉彥輝、山形豐,「接觸式二維高精密量測系統之靜態基本特性探討」,2007 年模具技術成果與論文發表會,世貿中心,台北,96 年 8 月 24 日,pp.321-327.
[10] 林宏輯,「接觸式二維高精密量測系統之靜態基本特性探討」,國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系碩士論文,2007.
[11] 殷純永總編,「現代干涉量測技術」,天津大學出版社,146~160 頁,1997.62
[12] 蔡耀慶,「次微米面內位移之雷射干涉儀開發及發展」,長庚大學機械工程研究所碩士論文,1999.
[13] 丁勝懋,「雷射工程導論」,中央圖書出版社,1988.
[14] 朱延朗,「微精密定位平台之機電整合與特性分析」,雲林科技大學機械工程系碩士論文,2001.
[15] http://www.thk.com/tw/index.html,97 年6 月。
[16]http://wwwpdb.heidenhain.com.cn/ansicht/Heidenhain/media/img/208_960-Z4.pdf,97 年6 月。
[17] S. T. Smith, Flexures: elements of elastic mechanisms. Taylor and Francis,2000.
[18] Y. T. Liu, Y. M. Hwang, B. T. Huang, N. Nishioki, and T. Higuchi, “Testing of a Piezoelectric XY Stage Utilizing Bellow-Type Flexure Hinges,” 7th Intl Conf.
Mechatronics Technology, ICMT 2003, pp. 325-330, 2003.
[19] http://www.mitutoyo.co.jp,97 年6 月。
[20] Jae W. Ryu and Dae-Gab Gweon, “Error analysis of a flexure hinge mechanism induced by machining imperfection, ”Elsevier Science Inc, pp.83-89, 1997.
[21] 梁仲利,「利用桌上型超精密加工機之非球面切削加工的特性探討」,國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系碩士論文,2007.
[22] http://www.fcht.com.tw/,97 年6 月。
[23] http://www.nexsys.co.jp,97 年6 月。
[24] 劉彥輝,「高精密接觸式量測探頭的設計與分析」,國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系碩士論文,2007.
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