光学显微镜的数字化设计与开发

本文研究了光学显微镜数字化技术,提出显微数字化改造方案,对各部分进行了的详细设计,采用步进电机来实现自动栽物台的控制和物镜切换,设计了相应的软硬件接口,设计了图像获取装置,通过加装步进电机来实现自动调焦.     

电动扬声器智能检测与自动分类系统的设计

针对电声领域中电动扬声器自动化检测程度差的问题,设计了一套用于电动扬声器的智能检测与自动分类系统。采用机器视觉技术对扬声器焊点进行识别与定位,将焊点定位信息发送给自组装机械设备用于调整扬声器焊点位置,使焊点接入测试端口。结合LabVIEW软件设计,实现对扬声器电声参数的智能检测。根据检测结果,自组装机械设备可对扬声器进行快速精准自动分类。结果表明,系统可对任意摆放的扬声器进行自动定位焊点、接入测试信号、测量电声参数以及自动分类,能够较好地满足应用领域的需求。     

色散聚焦分离式彩色共聚焦测量系统研究

为了满足先进制造工艺的对检测技术越来越高的要求,对材料表面的测量既有高精度的要求,同时也有快速检测的需求。彩色共聚焦测量技术从原理上避免了轴向扫描过程,与传统的激光共聚焦技术相比,具有明显的测量速度优势,可针对大尺寸的被测物表面形貌进行快速化检测。通常情况下,针对不同测量需求的被测对象,需要设计不同的彩色共聚焦系统核心部件-色散物镜,增加了系统的复杂性。针对这一情况,采用色散和聚焦分离的设计方式,通过切换物镜参数的方式,快速有效地实现不同测量需求。所设计的大范围色散元件结合不同聚焦物镜时,能实现对色散范围的调制,并以此为基础搭建了聚焦和色散分离的彩色共聚焦系统。实验结果表明,采用不同参数物镜时,可实现对量程和分辨率的调制;其中,当采用10×(NA=0.3)物镜时,可获得轴向225μm的线性色散,此时测量系统的轴向测量精度优于0.2μm。     

基于单神经元控制器的气动位置伺服系统研究

针对气动位置伺服系统特点,提出采用比例流量阀作为系统电－气转换元件,并采用单神经元控制器（ＳＮＣ）来实现活塞位移的实时控制。仿真和实验研究表明,这种气动伺服系统具有强鲁棒性,快速跟踪性和较好的控制精度,其重复定位精度小于０．２ｍｍ。     

基于图像处理的自动变焦人眼跟踪系统

在视觉人机交互中,为实现光学系统成像放大率不变,采用电动变焦镜头,基于图像处理跟踪人眼特征信息,自动变焦实现图像大小不变。系统以PC机为上位机对眼部图像处理,采用单片机为下位机对变焦镜头驱动控制,两者之间以串口通信。实验结果表明系统能根据人眼图像大小对变焦物镜作实时闭环控制,系统在400mm～1000mm距离内实现了连续变焦,距离分辨力为120mm。     

基于非线性干扰观测器的自动弹仓终端滑模控制

针对某自动弹仓位置控制过程中的负载变化和不确定性干扰，设计了基于干扰观测器和非奇异快速终端滑模的复合控制策略，建立了自动弹仓的不确定性动力学模型。干扰观测器用于估计系统复合干扰，估计值用于补偿滑模控制器以增强控制器的鲁棒性和抗干扰能力。运用Lyapunov准则证明了系统闭环稳定。所提算法和PID算法的对比实验结果显示，设计的控制律实现了自动弹仓位置的精确控制，具有良好的鲁棒性，有效提高了自动弹仓的定位稳定性。     

电动助力器传动故障在线振动检测系统的设计

针对电动助力器齿轮传动故障诊断问题,开发了电动助力器在线振动检测系统。基于弹簧负载和主缸移动装置设计了助力器行程和负载压力连续可调的液压制动模拟装置,可满足不同型号产品测试负载快速切换的需求;基于NI-8512CAN通讯卡和NI-4462数采卡,设计了AEB工作模式下的DMA高速采集系统,实现电动助力器输出推杆的位移数据和壳体振动加速度数据的采集;提出了基于极值区间定位-差值特征点提取的数据分离方法,结合位移数据分离了去程和回程的振动加速度数据,计算出振动加速度的均方根、峰值因子和峭度,实现电动助力器传动故障的有效判别。     

自动化显微镜加速检验结果

<正> 用奥地利Reichert—Jung公司的Polyvar Telematic自动化显微镜能加快检验过程。该显微镜装有一只自动化的物镜转换器,用按钮方式选择物镜和自动选择聚光镜。马达控制装置和按钮式物镜选择器都内装在显微镜左端的弯臂支架上。操作者只需按一下键钮即获取所需的物镜,使物镜转换器转动将所需的物镜移至试样上方。以100~(?)物镜来说,这种马达在调节的一半途径处会停下,以便能浸油;再次按下健钮     

车身焊接工装紧凑型多定位自动切换装置的设计

设计了一种车身焊接工装紧凑型多定位自动切换装置,通过对需切换的定位块进行合理的位置布置,并结合调整气缸行程和各连接件的尺寸,让自动切换机构能满足不同旋转角度的需求。这种多定位自动切换装置能够实现两种或两种以上车型定位装置的自动切换,具有很高的生产线柔性。     

视线跟踪系统中CCD摄像机的自适应调节

分析了视线跟踪系统中光源、摄像机、眼睛角膜及光斑的几何位置关系,提出了眼睛跟踪策略和一种调光、变焦、聚焦相结合的CCD物镜自动调节方法。对捕获图像进行处理,依据图像灰度均值控制光圈,以适应外部环境光强变化;利用SMD算子大步幅快速粗聚焦,提取图像中光斑信息控制云台瞄准、跟踪眼睛,并进行变焦控制,可在用户头肩图像中自动定位眼睛,适应用户头部位置变化;在眼睛区域自动确定检测窗,在检测窗内使用FSWM聚焦算子判断图像清晰度,实现自动聚焦。若图像中能提取瞳孔信息,则依据瞳孔边缘梯度均值实时调整聚焦。实验表明,在不同外部环境光强及用户在不同使用位置情况下,CCD摄像机通过自适应调节,可实时跟踪眼睛并捕获到清晰眼睛图像。     

超声电机速度与位置的高精度控制

由于超声电机压电材料、摩擦材料、接触界面的非线性,速度平稳性和位置控制精度不高,这在一定程度上制约了它在高端精密装备中的应用。本文介绍了一种实现超声电机速度、位置高精度控制的方法。从连续运动与步进运动两个维度分析了超声电机的速度调控机理,阐明了速度波动的误差来源,建立了以幅值、频率为输入量,融合稳态环节与动态环节的速度模型。为了准确预测步进位移量,建立并辨识了启动-关断两段式二阶速度模型;接着采用双环复合控制算法实现了高平稳性速度控制,并通过驱动参数优化实现了电机的高分辨率位置控制。最后,运用分段逼近策略实现了高精度定位。实验结果表明,在速度控制方面,采用双环复合方法控制的速度平稳性为0.44%,相比单速度环的控制效果提升了一倍;在位置控制方面,超声电机的开环位置分辨率达到了0.375μrad,定位精度达到了1.7μrad。本文提出的控制方法综合了不同参数及不同环路的调控特点,有效提高了超声电机的速度与位置控制精度,为超声电机在精密装备中的拓展应用奠定了基础。     

大行程高精度驱动系统的研究

首先对大行程高精度驱动系统结构研究进展进行介绍和评述,其次针对目前大行程高精度宏微两级定位系统结构复杂,体积大,驱动控制困难等问题,提出研究具有宏微双重运动功能的单一驱动结构将是大行程高精度驱动定位系统的发展方向;指出将超声电机与压电微驱动器结合成为单一驱动器将是大行程高精度驱动系统的一个发展方向;最后对单级超声电机宏微驱动系统建模方法、位置控制策略的研究进展进行了综述,指出了单级宏微驱动的超声电机研究的主要难点。     

直线驱动磁悬浮进给机构的研究

分析了传统机械进给机构的特点,设计了一种集磁悬浮和线性驱动技术为一体的精密进给平台机构,此机构采用直线同步电机对悬浮的平台机构提供驱动力。这种驱动方式避免了传统驱动方式造成的摩擦、弹性变形、滞后和非线性误差,实现了平台进给机构在水平和垂直两方向的无接触支撑和导向。针对磁悬浮平台进给机构设计了直线同步电机的结构,并对直线电机产生的磁力进行分析计算。直线驱动技术在磁悬浮平台进给机构中的应用使进给系统具有响应快速、刚度高以及定位精确的特点,能够满足微电子设备高精度、高效率和超洁净加工的需要。     

聚合物微器件压力自适应超声波精密联接

将超声波联接技术应用于聚合物微器件的联接,搭建了超声波精密联接系统。为了保证微器件在精密联接中的形状精度,选用工作频率为60 kHz的超声换能器及驱动电源为微器件提供高频、低振幅的超声波振动;以高细分步进电机驱动直线导轨控制超声波工具头的纵向移动,精确控制超声波工具头的位置,并结合力传感器实现了超声波联接过程中聚合物材料力学性能的实时检测。针对联接表面特性差异引起的联接质量不一致问题,提出了基于材料力学性能反馈的压力自适应联接方法,可以对不同零件提供自适应的超声波能量。应用该系统对PMMA材料微器件进行了联接实验,实验结果表明,该方法大幅提高了超声波联接的稳定性,实现了聚合物微器件的超声波精密联接。     

龙门起重机的模糊滑模定位与防摆控制

提出了一种龙门起重机模糊滑模定位与防摆控制方案。考虑吊绳绳长的变化,把龙门起重机系统简化为三个多输入子系统,定义了四个滑模面,设计了模糊滑模控制器,使得起重机小车能快速精确到达期望位置,在负载快速提升和下降过程中抑制重物的摆动,并能准确跟踪吊绳绳长的变化,实现控制目标,提高生产效率,同时系统能快速到达滑平面,改善控制系统的性能。仿真结果证明了该控制方案的正确性和有效性。     

基于EPWM的电动机调压节能控制装置研究

目前,大多数调压控制器对电动机及负载的适应能力不强,节能装置动态响应差且不易收敛,调压精度不够,不能快速、有效、准确地提供电动机定子端电压值。该文阐述了基于EPWM的电动机调压节能控制装置的工作原理,该装置是一种无级调节的、控制简单、体积小、成本低、适用于各种不同功率的实用性强的高精度电压跟踪控制装置,主要功能就是快速、有效、准确地跟踪基准值,提供定子端最优电压值。从保证调压节能控制装置能够稳定输出定子电压值的角度出发,兼顾快速性、稳定性和准确性,提出一种更好的控制方法,把电力电子中的整流、逆变技术应用到控制装置中,研究了一种无级调节的电动机调压节能控制装置。     

基于速度预测的锻造操作机大车定位控制研究

基于仿真技术分析锻造操作机制动过程,指出马达出口压力控制是操作机制动控制的关键,采用比例溢流阀控制马达出口侧压力,可解决操作机停车振荡,实现操作机平稳快速停车。利用速度反馈比例控制溢流阀,当比例增益一定时,操作机制动距离与制动瞬时操作机的速度满足二次函数关系。为提高定位精度,引入比例增益补偿系数,并在大量仿真基础上总结了速度反馈比例增益及补偿系数的计算方法。提出基于速度预测的锻造操作机大车定位控制方法,仿真验证提出的控制方法有效,对于目标操作机任意指定步长,其定位精度均可达到±0.5 mm。     

直线电机气浮精密平台的设计与控制

高精度综合测量仪在工作中要求达到亚微米级的运动精度,为此建立了X Z直线电机气浮精密运动平台,对气浮导轨设计、直线电机控制等关键技术进行了研究.采用有限元设计法设计了气浮导轨,实验结果表明,采用该方法设计的气浮导轨具有较高的承载能力和刚度.提出一种改进的PID控制策略,从而改善直线电机运动平台的抗干扰能力,并使其获得较高的稳态位置精度.实验结果显示,在采用这种控制方法后,直线电机气浮精密平台的定位精度可达到0.5μm.     

微电子制造领域的磁悬浮精密定位平台的结构设计研究

利用磁悬浮技术将铁磁性平台悬浮在磁场中,通过线性电机无接触驱动,结合控制技术实现平台的快速精密定位.合理的设计将悬浮力和导向力两个磁悬浮系统合二为一,即结构简单,控制容易又能获得精确的导向精度.选用线性同步电机,避免了感应电机磁场感应所产生的法向力对平台的振动作用,有利于悬浮系统的控制.悬浮系统无接触,无摩擦,克服了磨损、金属粉尘及油脂污染等问题;无接触线性驱动减少了机械联结件,消除了联结间隙,减轻了重量,能有效提高动态响应频率和定位精度;这些使定位平台能够满足现代信息产业对超洁净制作环境和高精度、高效率的要求.     

Robocup中型足球机器人运动控制

为使Robocup中型足球机器人快速准确地跟踪目标,本文分析了机器人的运动学和动力学模型,设计了一套智能运动控制系统。机器人通过全景视觉系统测量目标位置,用零阶Sugeno型模糊控制器设定电机的转速,最后由电机伺服控制器进行电机速度电流双闭环控制。实验表明该控制系统满足机器人运动快速性和准确性的要求,成功应用于SCUT-Ⅱ型足球机器人。