X-Y精密定位平台於彩色濾光片影像對位控制之應用｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	林淑怡 Shu-yi Lin
論文名稱：	X-Y精密定位平台於彩色濾光片影像對位控制之應用 Application of Precision X-Y table in color filter cross mark image positioning control
指導教授：	黃緒哲 Shiuh-jer Huang
口試委員:	黃安橋 An-chyau Huang 顏木田 Mu-tian Yan
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	99
中文關鍵詞：	影像對位控制、十字標靶、彩色濾光片、長行程精密定位控制、精密定位控制、模糊滑動控制、自組織控制
外文關鍵詞：	self-organizing fuzzy controller, FSMC, fuzzy sliding mode controller, image positioning control, cross mark, SOFC, long-range precision positioning control, precision positioning control
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定位技術廣泛的應用在製造產品、量測物體尺寸、運轉各種機械工程上，隨著工具機以及各種產業機械與量測機器的高度精密化的要求，促成微米級、奈米級精密定位平台之發展成為一個重要的研究主題。本文以低價位之伺服馬達驅動導螺桿的長行程雙軸定位控制為研究目標，由於本研究所設計之機構與動力系統為低成本之一般型滾珠螺桿和AC伺服馬達，為達到奈米級精密之定位控制，摩擦與背隙等非線性性質明顯影響到控制性能，而此類非線性性質無法精確估測，是以model-based控制策略難以達成精確控制，本文將採用model-free智慧型控制策略，以傳統PID控制器以及自組織模糊控制器(SOFC)與模糊滑動控制器(FSMC)為控制主軸，並以不同的行程(1cm、10cm)以及軌跡追蹤(步階軌跡規劃、正弦波、雙軸畫圓)來測試與比較各種控制器的穩定性與精確性。
為了進一步將精密定位控制應用在實際光學檢測上，本研究以液晶顯示器中彩色濾光片之十字標靶定位控制技術為應用主題，結合CCD影像擷取系統以及Visual Basic建立的人機介面，完成一個可實際應用於產業之自動化定位系統，並經由此應用來驗證此雙軸精密定位平台在實際應用時的性能以及穩定性。

The positioning technique is widely applied in manufacturing measurement and machining operations. Currently, the micro positioning has become an important developing target for achieving the requirement of precision machinery. The main objective of this thesis is to design controllers for a low cost long-range precision positioning system with AC servo motor and ball screw. Since the low cost positioning system is constructed by AC servo motor and ball screw， there have many nonlinear characteristic exist, such as black lash or friction. That nonlinear characteristics would influence the system performance and accuracy . They are difficult to estimate for model based controller design. Here, the model-free PID controller, Self-organizing fuzzy controller, and Fuzzy sliding mode controller are investigated. Different step responses(1cm、10cm) and tracking trajectories(step contour、sine wave) are planned to evaluate the control system accuracy and stability of this mechatronics servo system.
In order to employ this precision positioning system in optical inspection application, the positioning servo system is combined with a CCD imaging system to consist a LCD`s color filter cross mark automatic extraction and positioning system. The experimental results are used to evaluate the control preference and stability of this precision servo system.

摘要.....................................................I
Abstract................................................II
誌謝...................................................III
目錄....................................................IV
圖表目錄...............................................VII
第一章	緒論............................................1
1	前言............................................1
2	文獻回顧........................................2
3	研究動機與目的..................................4
4	論文架構........................................5
第二章	精密定位系統之架構..............................6
1	精密定位系統之構成元件概述......................6
2	整體實驗架構....................................9
3	定位系統各部份介紹.............................13
4	影像擷取裝置各部份介紹.........................17
第三章	彩色濾光片簡介.................................21
1	液晶顯示器簡介.................................21
2	彩色濾光片介紹.................................23
第四章	X-Y精密定位平台之控制器設計....................26
1	模糊控制(Fuzzy control) .......................27
1.1	模糊控制理論...................................27
1.2	模糊控制理論之基礎.............................27
2	自組織模糊控制(SOFC)...........................32
2.1	自組織模糊控制理論.............................32
2.2	自組織模糊控制設計.............................33
3	滑動模式控制(Sliding mode control) ............38
3.1	滑動模式控制理論...............................38
3.2	滑動模式控制基礎...............................39
4	模糊滑動模式控制(Fuzzy sliding mode control,
FSMC) ..................................................41
4.1	基本模糊滑動模式控制器設計.....................42
4.2	改良式模糊滑動控制器設計.......................43
第五章	影像擷取人機介面設計...........................45
1	機械視覺.......................................45
2	影像控制端程式介面軟體.........................47
3	人機介面設計...................................48
4	彩色濾光片影像對位控制應用.....................50
第六章	實驗結果與討論.................................53
1	軌跡規劃.......................................53
2	PID 控制器.....................................57
2.1	PID控制器設計..................................57
2.2	PID控制器的實驗結果與討論......................59
3	自組織模糊控制器(SOFC) ........................63
3.1	SOFC控制器設計.................................63
3.2	SOFC控制器的實驗結果與討論論...................65
4	模糊滑動控制器(FSMC) ..........................70
4.1	FSMC控制器設計.................................70
4.2	FSMC控制器的實驗結果與討論.....................72
5	控制器控制結果比較.............................82
6	彩色濾光片十字標靶定位.........................84
第七章	結論與建議.....................................90
1	結論...........................................90
2	未來建議.......................................90
參考文獻................................................92
作者簡歷................................................99

                                

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