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。

在半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域,需要十分精确地定位和非常精细地运动,因此高性能的超精密定位工作台成为这些领域的技术支持。

国外(美国、日本等)在微位移工作台方面的研究比较多,技术已经比较成熟,已研制出工作范围为50 mm×50 mm、定位精度达±0. 01μm的精密工作台。国内许多单位(如清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等) 也在从事这方面的工作,已研制出行程在50mm以下的一维精密工作台,定位精度达到±0. 1μm。但目前国内研制的行程在几十mm的二维精密工作台还比较少。

目前，大部分的微纳米定位系统，基本有一下几种定位方式：

1.步进电机和精密丝杆配合，可以达到分辨力达

2.5um的定位系统，还可

以通过步进电机细分，分辨力更好的系统。

2.纳米定位机构通常是以柔性铰链作为导轨，以压电陶瓷作为驱动器，这

种工作平台的定位精度可以达到纳米级，但是由于压电陶瓷的行程较小，

往往只能用于精密度很高，但是行程要求不高的场合。

3.直线电机驱动下的二维工作台，直线电机的理论早在20世纪40年代中

期就出现了，不过真正用于工程实践也就是最近的三十多年。在精密控

制领域，直线电机是最近十年内异军突起，由于没有中间传动链，直线

电机号称是“零传动”机构，配上光栅传感器，定位精度可达到0.1um

—0.01um。

二测量系统

本次课程设计面向的对象是10mm*10mm的被测件。该测量属于常见尺寸测量。常见测量系统的测量步骤一般分为定位、瞄准、读数、数据处理。得出测量结果。

根据测量系统瞄准的方式分类，目前大致分为接触式测量和非接触式测量。

1.接触式测量：

1)光栅尺

光栅测量位移主要利用光栅莫尔条纹原理来实现．计量光栅传感器的输入量是机械位移，输出量一般是与莫尔信号周期对应的脉冲信号．计量光栅传感器也可以直接输出模拟的莫尔信号．光栅传感器输出的两路正交莫尔信号包含了位移的全部信息，所以通过对两路正交莫尔信号的直接测量．可以获得所需要的位移值．

光栅传感器的精度一般可以做到0.1um—10um，是常见的接触式测量方式。

2)编码器

编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺．按照工作原理，编码器可以分为增量式和绝对式两类。

增量式编码器是将位移信号转换成周期性信号，再对电信号进行计数脉冲，用脉冲的个数表示位移大小。绝对是编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只能与测量的起始位置和终止位置有关，而与测量的过程无关。编码器的测长精确度可达3um/1000mm。

3)电感式传感器，电容式传感器等等

2.非接触式测量：

1)CCD成像测量技术

CCD作为一种新型的光电检测器件，在精密测量及自动检测领域得到了广泛的应用，CCD与传统的测量器件相比，有着许多优点，它体积小，可靠性好，响应速度快，动态范围大，可以作为非接触式测量器件。CCD根据光敏元件的排列结构不同，可以分为线阵和面阵。

现有的CCD测量系统，大部分是通过光学方法，直接对被测件成像，然后经过边缘检测等手段，对所得到的外形轮廓进行处理，这种方法可以在不接触工件的前提下，得到工件的外形尺寸，归属于无损测量范畴。有着广泛的应用前景。

2)涡流传感器

电涡流传感器是在涡流效应的基础上建立起来的一种非接触式测量传感器，通常的应用方法有高频反射法和低频透视法两种，这两种测量传感器，针对不同的被测件，一种是测量位移，一种测量工件厚度。

由于涡流传感器，必须要产生涡流才能够进行测量，所有对被测件的材质要求比较严格，均为可以导电的金属材料，这样就限制了许多的应用场合。

涡流传感器的精度比较高，在小量程范围内的高精度测量，由于材质对测量对测量有影响，所以也有仪器，将工件的外表形貌通过侧头传递到测头尾部的金属片上，这样也可以完成测量，不过这种方法，就属于接触式测量范畴，测头必须对工件进行扫描测量。

3)激光干涉传感器

激光干涉传感器是以激光为光源，测量精度高，分辨力高，可测出10ψ 纳米以下的长度变化，量程大，可长达十几米，便于实现自动化。激光干涉传感器可用作普通干涉系统（迈克尔逊干涉系统）来测长，也可以用作全息干涉系统，用来检测复杂表面等。

4)三角法测量转置

该测量方法，所运用的也是激光光源，是通过透镜将激光聚焦成很小的斑点，使传感器不仅仅具有很高的纵向灵敏度，也具有很高的横向分辨力。

三角法测头是一种利用几何三角关系实现的位移测量的传感器。如图1 半导体激光器发出的激光束被聚

焦成一个小斑点，光斑经过反射，

打到光电探测器上，只要得到结束

器上的位移偏移量，就可以通过三

角关系，算出位移x的数据大小。

如果选用线阵电荷耦合器件（CCD）

或者位置敏感器件（PSD）作为光

电器件，可以直接测得偏移量δ

图一

的值

5)激光扫描传感器

这种测量方法是利用扫描光束周期性的照明被测物体，在物体边缘上形成强对比度随时间周期性变化的光分布。该测量系统，结构复杂，精度较高。

第三节 方案设计

接到该课题名称时，我们是从二维精密工作台开始考虑，先设计二维精密工作台，然后再在工作台上设计相应的传感器，以达到相应的测量效果，下面我分别从二维工作台的导轨系统、驱动系统、控制系统、测量系统、结构设计等方面来说明方案设计。

一、 导轨系统

1.导轨系统总体介绍

直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定方向做往复直

线运动。目前导轨导轨系统主要有滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨（气体静压导轨和液体静压导轨）等。

1)滑动摩擦导轨

滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。

滑动摩擦导轨，是通过滑块和导轨之间的滑动摩擦来支撑工作台，可以做到载荷很大。但是由于滑动摩擦，其导向精度在所有导轨中，是

最差的，由于我们的所选用的导轨必须是导向精度要求非常高的，所以

对于直线滑动摩擦导轨，不予讨论。

2)滚动摩擦导轨

滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动时处于滚动摩擦状态。滚动摩擦导轨按滚动体

的形状可分为滚珠导轨、滚柱导轨、滚动轴承导轨等。

与滑动摩擦导轨比较，滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，

一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1～0.2μm，而滑动导轨的定位误差

一般为10～20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常

采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便；④结构较为复杂，加

工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。

3)弹性摩擦导轨

这种导轨的主要代表就是平行片簧和弹性铰链。如图2所示

弹性导轨的优点是：①摩擦力极小；②没有磨损，不需要润滑；

图2 平行片簧原理图

③运动灵便性高；④当运动件的位移足够小时，精度很高，可以

达到极高的分辨率。

但是弹性导轨的一个非常大的缺点是运动行程很小，这个限制了它的使用范围。还有就是载荷比较小，不能够承载质量大的工作台或者工件。

4)流体摩擦导轨

静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。

液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至

0.0005），可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象；

②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，

寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。

静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握，调整较困难，这些都影响静压导轨的广泛使用。

气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密、轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。

同时，气浮导轨有平均效应，可以使得导向精度变得更好。

2.选定方案：

经过分析该课题的精度要求，我们最终选用气浮导轨作为二维精密工作台的导轨系统，在网上对比多家公司生产的气浮导轨后，我们选用北京航星联合科技有限公司生产的矩形气浮导轨，该气浮导轨采用了不堵塞设计，出厂前调整到最佳状态，不出现气振、适应国内气源、运动可靠、可维修。在节流孔不易堵塞的情况下，承载能力和导轨刚度非常好。

重复定位指标选用A级（C级1~2μ；B级0.5~0.8μ；A级0.2~0.5μ）。

二、 驱动系统

1.驱动系统总体介绍

1)步进电机与精密丝杆

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信

号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个

脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为

“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉

冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制

脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机的分辨率主要就是有步距角决定，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相

电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°

/0.72°。

与步进电机配合使用的精密丝杆是精密机械中常见的一种传动方式，它是利用螺杆和螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。精密丝杆

分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动三类。

这种驱动系统下，其工作台移动的分辨力主要是由步进电机的步距角和精密丝杆的导程决定，根据式1

L詈 φ式1

选用步距角为1.5°，精密丝杆导程为1mm的步进电机，如果不考

虑步进电机细分等因素，则组成的驱动系统分辨率为4.2um 。

这种驱动电路，有以下优势：①技术成熟，成本代价小；②控制系统比较简单，可以通过开环控制。但是也具有相当多的缺点：①传动链比较长；②步进电机在载荷较大时，会出现失步；③步进电机本身的轴向窜动，径向跳动等因素；④精密丝杆有空回，会造成回程误差。

2)直线电机

直线电机是20世纪下半叶电工领域中出现的具有新原理、新理论、新技术的装置。它是一种可以将电能直接转换成直线运动机械能，而不

需要任何中间转换机构的传动装置，具有起动推力大、传动刚度高、动

态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等诸多优点。

而且，直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能的动力装置，一改以往以链条、钢丝绳、传送带、齿条丝杠和蜗轮蜗杆等传统

的中间转换环节，克服了传统机械转换机构的传动链长、体积大、效率

低、响应慢、精度低等缺陷。正是由于直线电机的最大优点是取消了从

电机到工作台之间的一切中间环节，把工作台进给传动链的长度缩短为

零，因此称为“零传动”或“直接驱动”技术。通过这样的技术，将传

动链减小到最小，所以直线电机，被越来越广泛地运用到精密测量控制

领域。直线电机的原理图如图3

图3 直线电机原理图

2.选定方案

分析该课题，由于二维精密工作台的运动精度要求比较高，在驱动系统方面，我们一开始考虑用步进电机配合精密丝杆作为工作台的驱动装置，但是由于步进电机与精密丝杆的传动系统，传动链过长，里面精度不好控制，虽然步进电机可以通过电路细分后，得到更小的步距角，也就是更小的分辨率。但是其控制电路相对复杂，而且不易实现闭环控制，由于步进

电机的“失步”等因素，对仪器精度造成很大损失。所以后来我们更加倾向于选择直线电机。

对于我们的二维精密工作台来说，要求精度比较高，而且控制要求比

较方便，不需要大的载荷；对于分辨率，直线电机没有机械转换元件，因而没有后冲力。不存在分辨率的问题。直线电机在它进入正确位置之前必须被一个反馈计算置换。直线电机的闭环控制，我们将在下一节讲到。

通过网上调研后，我们最终选取HIWIN 公司生产的同步直线电机 LMS

系列，该系列的直线电机是属于推力较大的一类。

考虑载荷和驱动

能力后，我们最终选定：

x 轴选用LMS13直线电

机；y 轴选用LMS23直

线电机，两者属于同一

系列，但是后者拥有更

大的推力。两者在不同

速度下的推力数据如

图4。我们对于速度几

乎没有什么要求，所以我们可以保证我们所选中的线性马达始终工作在它的最大载荷处。

三、 控制系统

1. 控制系统总体介绍

当前的控制系统，依据有无反馈，主要有开环控制，闭环控制，复

合控制系统三类。

1) 开环控制系统

开环控制系统在控制过程中，没有反馈量，只是依据改变输入量

来控制被控对象，由于

干扰等因素，开环控制

的精度一般不高，没有自动纠错能力。如果想 图4 LMS13和LMS23推力数据图

图5 开环控制系统框图

进行补偿，则只能人工修改输入量。开环控制的优点是系统简单，成

本低廉，一般能可靠的工作，但是控制精度不高，适用于要求不高的

场合。如图5所示

2)闭环控制系统

闭环控制的一个特

点就是，系统输出端和

输入端之间存在反馈回

来，输入量对系统控制

过程产生直接影响。闭

图 6 闭环控制系统框环控制系统框图如图6

所示

闭环控制系统是由前馈通路和反馈通路构成，这里，闭环的作用

就是应用反馈，减少偏差。

闭环控制的突出优点是控制精度高，抗干扰能力强，只要被控制

量的实际值偏离给定值，闭环控制将自动纠正输入量，以达到稳定输

出的目的。当然，闭环控制也有自身的缺点，容易产生振荡，而导致

系统工作不稳定，所以必须合理的配置电路，以达到较高的控制精度。

3)复合控制系统

当要求实现复杂且精度较高的控制任务时，可将开环控制系统和

闭环控制系统适当的结合起来，组成一个比较经济且性能稳定的复合

控制系统。

2.选定方案

对于控制系统，我们原来打算用步进电机作为驱动电路，这样就可

以使用开环控制，后来考虑到工作台精度要求比较高，步进电机无法达

不到精度要求；后来将驱动装置选用直线电机。由于没有机械转换元件，

因而没有后冲力，不存在分辨率的问题。直线电机在它进入正确位置之

前必须被一个反馈计算置换。

所以我们选用光栅作为反馈元件，对驱动系统进行闭环控制。具体

的控制电路，见下一节。

四、 测量系统

1．测量系统总体介绍

1)接触式测量

这种测量方法，是通过侧头和工件直接接触，从而扫描工件外表形貌，最后由传感器读取数据，并送入主机电路，进行后续处理。

这种测量方法，一般对工件外表面有损伤，测量精度容易受到震动，外界因素的影响。但是接触式测量传感器，有着相当成熟的生产

体系，可以作为接触式测量传

感器的有光栅，磁栅，电感，

电容等等，这些传感器，无一

例外都是结构简单，性价比高。

在要求不高的场合下，如

果侧头对工件的划伤，可以不

予考虑的情况下，选用接触式

测量模式，是比较好的方案。

图7是几种常见的接触

式测量传感器。

图7 常见的接触式传感器

2)非接触式测量

非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到μm非接触式测量仪利用CCD采集变焦镜下样品的影

像,再配合XYZ轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计

算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并

可进行CPK数值的分析。

对于非接触式测量，当前主流的测量方式主要有：①激光三角法

②结构光法③工业CT法④核磁共振法。

非接触法测量，一般要通过借助光学的方法，或者借助磁场等等的方式，非接触式测量，在测量时不会损伤工件，属于无损测量。但

是由于其结构复杂，代价昂贵，只适合在一些特定的场合下。

其实，非接触式测量中，由于测量系统是通过光学的方法测量，

其系统的动态响应比较高，在一些要求比较高的场合，非接触式测量

是不二的选择。

2． 选定方案

在测量系统中，该系统的目标被测对象是在集成电路模块中，硅晶

片形貌误差的测定。由于随着集成技术的发展，成千上万个电子元件被集成到一块较小的硅晶片等基座上。这就要求对硅晶片切片经行在线监测，其形貌误差是一个非常

重要的参数。

硅晶片结构脆弱，显然

不能通过接触式测量来获

取外在形貌。所以我们选用

非接触式测量，主要是由显

微镜配合CCD 测量模块，

对硅晶片外形经行测量。

图8是该仪器的三维立

体图。 五、 结构设计

通过对仪器的讨论，最终得出将x 和y 轴做成双轨系统，这样可以有效的增加载荷，防转，增加仪器的稳定性。在直线电机的选取上，我们利用两个光栅传感器，以达到闭环控制的目的，光栅安装在导轨中心线上，以减小阿贝误差。

对于仪器中，导轨垫子，加工精度要求比较高，因为垫子关系着直线电机的安装精度，直线电机的定子和动子之间有着0.7mm 的气隙，在初级磁场和次级线圈的作用下，做直线运动。

对于气浮导轨的设计，主要是考虑到仪器的稳定性，没有考虑到气浮导轨的安装，这样的设计，对于气浮导轨的安装平行度，要求相当高，要不断的调整，只是因为单轨系统，仪器稳定性不够，况且在直线电机动子与工作台之间的连接不方便。经过设计，最终选定该方案。

图8 仪器三维立体图

第四节 测量控制方法设计一、测量方法

图8为测量流程图

1. 测量流程说明：

1)打开仪器，仪器自动归零，x和y轴回归到起始位置。光栅计数器全部清

零。

2)仪器开始驱动x轴向电机动作，y轴向电机不动。直到CCD在镜头里检测

到工件边缘。如图9-A

图9 CCD图像检测

3)通过视觉系统，检测到工件与镜头“十”字基准有偏差，则驱动x轴继续

运动至图9-B；然后电机带动工作台上的微调装置，调整偏差角θ，直到将镜头中的图像调整成图9-C，此时开始，光栅传感器开始计数。

4)X轴向电机驱动工作台运动，直到出现图9-D，然后CCD检测开始微调，

一直调节到图9-E为止。此时光栅计数器停止计数，将数据x?送入寄存器保存。

5)X轴向电机迅速回到起点，y轴向给进一定量，重复步骤2-4，可测得一组

数据x?、x ……x?…

6)求解平均值x ，由此可得工件x轴导向上的数据。

7)同理，可以测得y轴导向上的数据，工件的形貌误差即可测得。

2.测量光学通路设计

在光学通路设计上，我们选择用点光源s通过透镜，生成平行光束，这样的平行光束有利于CCD成像清晰，可以有效的提高CCD边缘检测的效率和精度。其光学通路示意图如图10所示

其中显微镜是帮助CCD边缘检测的，需要用高倍数显微镜，我们选取的是有100倍放大效果的显微镜头，可以解决CCD边缘检测不精确的问题，有效的提高CCD检测精度，最终实现系统的精度要求。

图10 光学通路示意图

二、 精度计算

由于没有气浮导轨，工作台，加工精度等一系列的精度，所以整个系统的精度，也处于无法确定的境地，下面只能从理论上大致计算仪器控制和测量精度。

整台仪器的控制精度，最终是由光栅传感器，直线电机定位精度，气浮导轨精度等等因素决定，准确度等级就是最大引用误差(即基本误差)去掉正,负号及百分号.准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。

我国工业仪表等级分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七个等级,并标志在仪表刻度标尺或铭牌上.仪表准确度习惯上称为精度,准确度等级习惯上称为精度等级.仪表精度=(绝对误差的最大值/仪表量程)*100%.以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度等级了.仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的.某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等.一般工业用表为0.5～4级.精度数字越小说明仪表精确度越高.

测量系统精度是由CCD成像模块，显微镜，光栅分辨率等等因素决定。

已知光栅精度为0.2um ，显微镜的放大倍数为100倍，CCD 边缘检测的精度可达到1um ，由此可以通过式2计算得。

同时，仪器设计中，运用了阿贝原则，将光栅传感器安装在中心线上；同时采用了最短测量链原则，使用直线电机传动，将过程中的误差减小到最低。

三、 硬件电路

该测量系统，有以下子系统组成，二维精密工作台系统，微调系统，CCD 成像系统，数据处理系统等组成。最后所有的数据均与上位机进行交换，选用RS-232仪用标准总线，可以实现数据交换。

其硬件电路如图11所示

1. 数据采集系统

该系统中，光栅和CCD 作为数据采集器，将采集到的数据送往主机电路，进行计数，或者边缘检测，图像对比。

光栅测量，使用相对位移测量，即扫描测量。

光栅作为位移传感器，其精度是0.2um，CCD 精度为1um，经过显微镜，可达到0.01um，这样可以保证仪器精度在1um

以下。

图11 电路原理图

2.主机电路

主机电路是控制电路的中枢，有CPU，ROM，RAM，总线组成，所有的数据经过cpu处理后，送完各个控制电路，驱动相应的装置动作，以达到闭环控制的目的。

3.驱动电路

驱动电路是由x轴直线电机，y轴直线电机，工作台微动装置等构成。

当CCD采集到图像是，x，y轴驱动电路，自动转化为微调工作模式，同时工作台微转转置也开始动作，直到图像检测模式通过。

而后是驱动电路驱动工作台，对工件进行扫描测量。最终实现测量。

直线电机的实物图，如图12所示

图12 直线电机驱动电路

其中上面黑色的为动子，里面为三相绕组线圈，在电机通电后，三相绕组的初级做成动子，次级定子则由永磁体和钢板底座组成，借助于支撑系统，动子和定子

之间保持恒定的气隙，在磁场的作用下，动子产生向前的力F，推动工作台运动。

具体的三相接线电路，如图13

第五节 未来展望与总结

一、 未来展望

随着半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域,需要十分精确地定位和非常精细地运动,因此高性能的超精密定位工作台成为这些领域的技术支持。我们国家自从20世纪50年代，发展数控技术至今，已经过去了50多年。其中经历了两个阶段。

第一阶段，在改革开放之前，由于国家体制因素，基础建设不成熟，对于数控技术的发展，要么是一哄而上，要么是一哄而下，数控技术并没有得到长足的发展；第二阶段，在改革开放后，国家通过引进技术，逐渐建立起来精密数控车床加工的基础建设。并且在有规划的科研进度下，数控技术和该产业得到了相当大的成绩。

但是我们也应该清晰的认识到，我们国家的数控车床技术与国外的还有着相当大的差距。在国家的十二五规划上，我国已经将精密机械，高精度测量作为一个重要领域来抓，所以更加应该乘势而上，将我国的精密数控技术转化为生产力。

未来的精密二维工作台发展趋势时，大量程，高精度。随着飞机，宇航等产业的发展，越来越多的需要面向大尺寸测量，这就给我们提出一个难题，怎么在大量程下，不损失精度。还有就是二维工作台的自动化程度会越来越高，我们设计这台仪器，可以配合机械手，作为自动测量转置，但是由于测量方法的问题，测量效率不高。提高检测效率也是一个重要的发展方向。

二、 设计总结

本次课程设计，花费了我三周时间。自从6月22号接到课题，到现在已经过去22天了，从一开始的一筹莫展，慢慢摸索出一些门道。其中的收获有以下几点：

1.熟练运用了CAD,solidworks等软件，在课程设计之前，这些辅助设

计软件仅仅是会用，但是根本不会自己设计尺寸，结构参数等，基本

属于重复别人已经画好的图纸。通过这次课程设计，我首次体会到自

己独立设计结构尺寸，零件布局等工作。在机械制图方面，至少不再

是一片空白。同时，在较为繁重的课题任务下，迅速掌握solidworks，

是本次课程设计的最大收获。

2.熟悉了仪器设计的主要步骤，通过自己搜索资料，设计仪器造型，结

构设计，参数计算等任务。例如直线电机，在课程设计前，对直线电

机的了解近乎为零，但是通过几天的学习，快速掌握了直线电机的工

作原理，驱动电路，精度等级等等知识，并且运用到自己的设计过程

中。在这个过程中，同时体会到了，各个学科间相互融合交叉的特色。

仪器设计离不开其他基础学科的发展。

3.认识到了自己的不足，主要是不能将课本所学运用到设计中，对于精

度计算，除了自己在心里大致的计算后，基本没有其他理性的知识来

验证自己的猜想。

为期三周的课程设计，到现在就算完全结束了，还是用一句话来总结自己，激励自己：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！