光学非球面检测平台伺服控制系统研究

　　0　引言

　　非球面镜作为一种高性能光学元件,其应用领域日益广泛。非球面加工过程中,由于砂轮的形状精度、尺寸精度及机床误差的影响,实际加工中无法完全按照理想加工曲线进行加工。为了提高非球面的加工精度,需要多次检测所加工的工件曲面,进而进行补偿加工[1],从而得到高精度的成品。为提高检测的精度,必须构建高效的运动检测平台[2],如何提高检测平台多维的定位精度以及高效地进行信号反馈是需要解决的问题。

　　与传统的模拟信号处理相比,数字信号处理器(DSP)具有控制灵活、运行精确、抗干扰能力强、设备尺寸小、速度快、性能稳定和易于升级等优点[3]。DSP利用计算机或专用处理设备,以数值计算的方式对信号进行采集、变换、综合、估计等加工处理[4,5],能很好地实现检测平台的多轴运动控制。

　　本文构建了适用于高精度复杂零件(光学非球面)的检测平台,设计了以TMS320F2812芯片为核心的多轴伺服运动控制系统。

　　1测量平台的结构

　　高精度检测平台的主体结构如图1所示,主要由非接触式激光传感器、CCD摄像头、龙门式桥架、三轴伺服运动工作平台、回转轴、花岗石基座等组成。由于花岗岩材料内应力小、稳定性高、刚性大、热膨胀系数小,用其来制作测量机的工作平台与固定式桥架可提供一个良好的参考面。三轴定位平台均采用线性模块组合,以减小传动机

　　构的摩擦因数。X、Y和Z轴传动机构均由交流伺服电机、弹性联轴器和摩擦轮构成,用以驱动测头和被测非球面。各直线运动轴的定位均采用线性光栅(精度1μm)反馈坐标,采用高精度圆盘光栅反馈回转轴旋转角度。在龙门桥架上加载CCD视频头来放大测头部分的图像。利用减振台等减小外界环境对检测平台系统的干扰。

2　多轴伺服运动控制平台结构设计

　　为了获得高精度定位和高速程序处理能力,伺服运动控制系统采用PC机+多轴运动控制器的控制方式。系统采用模块化设计,可方便地支持用户的二次开发和扩展。

　　2.1控制系统硬件设计

　　运动控制系统底层硬件以Ti公司最新推出的DSP运动控制芯片TMS320F2812为核心,可实现多轴运动控制、D/A转换、逻辑控制、资源处理以及同主机交互等功能。软硬件采用模块化设计,便于系统升级和二次开发。图2是交流伺服控制系统硬件设计框图。PC主机通过串口向DSP发送初始位置、速度命令和数字PID调节参数等,DSP对原始位置指令和实际反馈位置进行比较,产生位移偏移量并输入到数字PID调节器,整定输出实际进给量。