超精密孔径测量电容传感式瞄准系统的研制

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随着航空、航天、超精密制造及精密仪器等科学技术和现代工业生产的发展,微小内尺寸零件的应用越来越广泛,同时超精密加工技术的发展也要求超精密测量技术与之相适应,在小内尺寸零件的加工过程中,孔径的高精度测量一直是主要技术难题之一。  课题所在系统采用双频激光干涉测长、测深与电容传感器瞄准测微相结合的方式进行大长径比深盲小孔孔径测量,本文针对对测量精度起决定性作用的电容传感式瞄准系统进行系统的研究,主要研究内容如下:  1.采用具有对称结构的双向电容传感测头,针对瞄准时测头与被测工件间电场为非均匀分布电场的特点,应用静电场理论和微元法建立了瞄准时电容容值的数学模型;  2.前振电路的频率稳定性直接决定了传感器的精度及分辨力等性能指标,课题在深入分析影响电容三点式LC振荡电路频率稳定度因素的基础上,提出相应的改进措施,使前振电路的频率稳定度提高了2个量级;  3.深入分析多周期同步鉴频法的原理及动态特性,在此基础上,应用高速FPGA设计了调频信号的数字鉴频环节,实现了高精度、宽线性范围和极低漂移的频率测量;  4.设计了基于ARM7内核微处理器的嵌入式控制电路,以uClinux操作系统作为软件运行平台,将以太网远程控制技术引入到测量系统中,消除工作人员及计算机对测量环境的干扰,有效改善测量过程中温度、湿度等环境参量的稳定性。  以上方案的研究,实现了大长径比小孔孔径测量中的超精密瞄准,最后通过实验验证了上述方法的有效性。  
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