大型靶材表面检测系统研究

论文摘要

随着材料表面技术的飞速发展，各种镀膜靶材的需求量不断增长，某些高端领域所需的高质量薄膜又对靶材的技术指标提出了更高的要求，靶材表面不平度就是其中的一项重要指标，因此建立靶材表面检测系统，实现对大型靶材表面的自动检测具有重要意义。本课题来自企业的合作项目。根据企业的功能要求确定了系统的总体方案。检测系统由机械系统、硬件系统和软件系统组成。机械系统主要完成被测对象的定位和夹紧、激光测头的移动和回转工作台的转动。硬件系统主要完成被测信号的采集、A／D转换、分析处理和控制系统运动构件的动作。软件采用基于LabVIEW的虚拟仪器开发平台，根据检测系统的功能要求可以通过增加软件模块来实现系统功能的扩展。运用Pro／E工程软件完成了机械系统的设计，并对支承件、夹具、导轨和齿轮传动进行了详细计算和校核。分析了系统的误差来源，设定了系统的精度指标，并在等影响法的基础上按试探法进行了误差分配，分配结果表明，采用给定的公差要求进行零部件加工和装配，能够保证该检测系统达到0.1mm的测量要求。分析了I／O接口的五种总线类型，确定采用PCI总线，并以PC-DAQ／PCI作为系统的硬件平台。根据检测系统的功能要求对传感器和数据采集卡进行了选型，完成了系统硬件设计。以LabVIEW作为虚拟仪器开发平台完成了检测系统的软件设计，主要功能模块包括数据采集、数据回放、数字滤波、统计分析与处理、自相关分析及虚拟信号发生器。给出了主要模块的算法，通过对虚拟信号的分析与处理，验证了二维数据分析处理模块、三维形貌显示与分析模块的功能。该系统实现了对大型靶材表面的自动检测，对不平度信号进行采样、分析和处理，并将分析处理结果以文本和波形形式显示。系统操作方便，软件界面友好，测量精度可靠，满足了合作企业的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的和意义
• 1.2 大型靶材表面不平度检测现状
• 1.3 论文主要研究工作
• 第二章 总体方案及机械系统设计
• 2.1 大型靶材表面检测系统总体方案
• 2.2 机械系统设计
• 2.2.1 联动V型块自动定心夹具设计
• 2.2.2 支承件设计
• 2.2.3 导轨设计
• 2.2.4 齿轮传动设计
• 2.3 系统精度设计原理
• 2.4 系统精度设计和误差分配
• 2.4.1 误差来源、分类及合成
• 2.4.2 系统精度指标确定与误差分配
• 2.5 本章小结
• 第三章 虚拟仪器测量系统硬件设计
• 3.1 各类总线比较及硬件平台选择
• 3.2 传感器选型
• 3.3 数据采集卡选型
• 3.4 系统硬件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 虚拟仪器测量系统软件设计
• 4.1 软件平台选择
• 4.2 软件结构设计
• 4.3 系统主界面设计
• 4.4 主要功能模块设计
• 4.4.1 数据采集
• 4.4.2 数据回放
• 4.4.3 数字滤波
• 4.4.4 统计分析与处理
• 4.4.5 自相关分析
• 4.4.6 虚拟信号发生器
• 4.5 系统软件功能验证
• 4.5.1 二维数据分析与处理功能验证
• 4.5.2 三维形貌显示及分析功能验证
• 4.6 三维形貌显示及主要模块算法
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢