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硕士学位论文 纳米三坐标测量机软件开发及其应用，共79页。
【摘要】 本论文基于C++Builder6.0开发环境开发了纳米三坐标测量机（nano-CMM）软件系统，主要程序模块如下：(1)开发了探头及位置传感器的信号处理程序，探头传感器由一个迈克耳逊干涉仪和一个自准直仪组成。程序部分包括信号采集与预处理、干涉仪信号的计数与相位细分、角度传感器的信号转换。传感器中干涉仪分辨率可达1nm，角度测量分辨率达0.1角秒。(2)开发了基于BPNN-PID(Back Propagation Neural Network PID)控制器的纳米闭环定位控制软件，该算法使用BPNN网络来自动给出PID参数；搭配HR4马达提供的三种不同速度和分辨率的驱动模式(ACMode, Gate Mode, DC Mode)，可实现启动时无速度过冲、中间匀速、最后精准定位至纳米级的定位控制。实验表明补偿系统误差后，在20mm的行程内可实现20nm的定位精度。(3)探头二次触发控制与触发点拟合程序的开发。第一次触发可快速找到触发点的大概位置，第二次则慢速找寻触发点的精确位置。对第二次触发前进过程中保存的数据进行处理，通过一定的算法将数据分为触发前水平区段和触发后线性区段，对拟合出的两条直线取交点，则该交点为触发点。实验时对单点进行5次触发，触发点重复性标准差为31nm。(4)基于最小二乘法原理开发了平面直线、空间直线、空间平面、圆、球、圆柱等常见几何形状的测量程序。
【关键词】 纳米三坐标测量机； BPNN-PID； 定位控制； 二次触发； 测量程序；

目 录
第一章 绪论 1 
11 研究的起源及目的 1 
12 国内外纳米三坐标测量机的研究现状 2 
13 用于纳米测量的信号计数细分技术 3 
131 振幅细分 3 
132 相位细分 4 
14 大行程纳米定位控制系统的实现 5 
15 自适应控制理论和实践 7 
16 课题研究内容 8 
第二章 纳米三坐标测量机整机架构 9 
21 共平面平台 9 
211 三维阿贝原则 9 
212 对称结构推拉式 X-Y 共平面平台 10 
22 宝塔式桥架配重主轴 10 
221 宝塔式桥架 10 
222 配重式主轴 11 
23 多自由度测量系统 MDFMS （ Multi Degree of Freedom Measurement System） 13 
24 接触扫描式探头 17 
25 软件开发平台简介及纳米三坐标测控系统架构 18 
26 本章小结 19 
第三章 基于超声波马达和 MDFMS 的纳米定位控制技术开发 20 
31 超声波马达 20 
311 超声波马达结构及特性 20 
312 Nanomotion 超声波马达 21 
313 超声波马达驱动器 AB2 driver 的介绍 22 
32 正交弦波信号的处理 25 
321 硬件预处理 25 
322 辨向计数和细分 26 
33 基于 BP 神经网络的 PID 控制理论 29 
331 PID 控制器 30
332 基于 BP 神经网络的 PID 控制 31 
34 定位控制系统架构及实验 35 
35 本章小结 38 
第四章 纳米三坐标测量机测量软件的开发 39 
41 探头触发程式 39 
411 探头二次触发控制 39 
412 探头触发点的找寻程序 41 
42 基本几何形状的测量程序 43 
421 二维直线拟合及直线度误差 43 
422 空间直线拟合及直线度误差 44 
423 测点数大于 3 时，空间平面拟合及平面度误差 46 
424 测点数大于 3 时，圆的拟合与圆度 48 
425 球体的拟合 49 
43 坐标系建立与转换 50 
431 HTM 坐标系统平移 51 
432 HTM 坐标系统旋转 52 
44 本章小结 53 
第五章 测量实验 54 
51 探头触发重复性实验 54 
52 测球等效直径的标定 56 
53 外圆测量实验 56 
54 探头扫描模式测量 57 
541 扫描流程介绍 57 
542 透镜的扫描测量 58 
55 本章小结 59 
第六章 总结与展望 60 
61 研究总结 60 
62 研究工作展望 60 
参考文献 62 
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 65