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1037224高精度式編碼器秉銘DFS60B-S1CA04096使用線性移位反饋寄存器產(chǎn)生位置編碼的方法,詳細闡述了聯(lián)結(jié)多項式的本原多項式的求解方法,給出了系數(shù)在二元域取值的10級多項式的所有本原多項式。為了增加譯碼的可靠性,研究了曼徹斯特編碼在位置編碼中的應(yīng)用。利用上述方法,完成了位置編碼的設(shè)計。研究了式光柵尺光電信號探測方法。介紹了CMOS圖像傳感器在式光柵尺中的應(yīng)用方式,詳細闡述了式光柵尺光電器件的架構(gòu)設(shè)計與電路設(shè)計,給出了設(shè)計結(jié)果。分析了光電器件的頻率響應(yīng)和信噪比的關(guān)系,式光柵尺大測量速度和分辨率的關(guān)系,給出了仿真結(jié)果和測試結(jié)果。提出了一種提高光柵莫爾條紋信號質(zhì)量的濾波方法,將每一個指示光柵窗口分割成多個包含特定相位關(guān)系的窗口,從而抑制高次諧波分量,提高了莫爾條紋的正弦性。搭建了式光柵尺測量范圍內(nèi)誤差檢測系統(tǒng),對研制的JC09型式光柵尺進行了性能檢測,提出了誤差補償方法,有效提高了式光柵尺測量精度。提出了式光柵尺細分誤差補償方法。對式光柵尺兩路莫爾條紋信號進行傅里葉分析,建立莫爾條紋信號模型,對比實際信號模型和理想信號模型的細分位置,得到式光柵尺的細分誤差,根據(jù)該誤差對細分值進行補償,提高細分精度。運用本文研究的方法,完成了JC09型式光柵尺的研制,主要技術(shù)指標(biāo)達到同類產(chǎn)品水平,*實現(xiàn)了國產(chǎn)光柵尺在數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用。經(jīng)檢測,本論文設(shè)計的JC09型式光柵尺測量精度為±8μm/m,分辨率0.01μm,大工作感器具有精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、抗*力強等優(yōu)點，廣泛用于測量儀、數(shù)控機床等高精度位置測量領(lǐng)域。目前，精密光柵線位移測量系統(tǒng)普遍采用增量式光柵，將直線位移物理量轉(zhuǎn)換為莫爾條紋光信號，由光電器件接收后轉(zhuǎn)換為電信號，然后送至信號處理電路，通過處理后，輸出相對位移量。國內(nèi)的直線光柵尺多數(shù)是增量式光柵尺，這種光柵尺在開啟或復(fù)位時需要“尋零”，而且存在累積誤差現(xiàn)象，影響工件加工或測量的精度。而式光柵尺輸出的是位置信息，可以有效解決增量式光柵尺存在的問題。首先，對光柵測量系統(tǒng)進行分析，了解其工作原理。莫爾條紋是光柵測量的理論基礎(chǔ)，通過了解莫爾條紋的產(chǎn)生機理、特點以及質(zhì)量指標(biāo)等，有利于提高光柵尺的精度、分辨率。此外，還對莫爾條紋辯向方法進行了深入研究。其次，對目前光柵位移傳感器和編碼器的編碼方式進行理論分析、研究，提出高分辨率、大量程，有利于光柵位移傳感器小型化、結(jié)構(gòu)簡單化的相對編碼和編碼一體化的新型編碼方式。包括一種距離碼編碼方法和一種基于偽隨機碼的式編碼方法。講述其編碼和譯碼方法，并舉例論證這兩種編碼方法的位置*性。再次，設(shè)計增量信號處理系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)。信號采用一種高靈敏度、低暗電流的TCD1254GFG型線陣CCD作為接收器件；增量信號采用一種集差分放大、濾波、校正、整形、細分等功能于一體的DSP器件進行信號處理。后，推導(dǎo)出編碼的MATLAB數(shù)學(xué)模型，得到10位偽隨機碼，并進行仿真，驗證其正確性。將光柵尺樣機在對比試驗平臺上進度測試，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析造成光柵尺測量誤差的原加工制造業(yè)的高速發(fā)展,制造領(lǐng)域?qū)庸ぞ鹊囊笤絹碓礁?與之相關(guān)的科學(xué)技術(shù)計量學(xué)也得到了長足的發(fā)展,以光柵尺為代表的柵式測量設(shè)備在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中起到了關(guān)鍵性的作用。光柵尺作為機加工中的閉環(huán)控制系統(tǒng),有著精度高、抗干擾力強等優(yōu)點,但同時也有著開機須找零位操作、斷電后不能保留讀數(shù)等不足之處,因此,式光柵尺應(yīng)運而生。本文提出了一種新的光柵尺編碼方法,并將其應(yīng)用于光柵尺的設(shè)計與制造中。首先,在分析了國內(nèi)外光柵尺的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的光柵尺編碼的方式方法,講述了該編碼方式相對于目前上的編碼方式的*性。其次,搭建了開放式光柵尺實驗平臺,并通過實驗的方法,驗證了圖像識別技術(shù)應(yīng)用于光柵尺的可行性,檢測出了該編碼方式所刻制的光柵尺的分辨率和定位精度。再者,設(shè)計并制造出了一把封閉式光柵尺樣尺,并闡述了設(shè)計過程中所遇到的重點與難點,提出了相對合理的解決方案。后,搭建了封閉式光柵尺實驗平臺,通過ANSYS Workbench有限元仿真分析,找到了其前六階的固有頻率和模態(tài)振型,并通過實驗的方法,測試了光柵尺在前三階固有頻率范圍內(nèi)的六種.
1037224高精度式編碼器秉銘DFS60B-S1CA04096長足的進步,但是仍然落后于德國和日本等發(fā)達國家,目前國內(nèi)主要生產(chǎn)增量式光柵尺,無法達到高效定位的目的。大部分超精密儀器采用的高精度光柵尺仍然依靠進口,特別是式光柵尺術(shù)仍被國外壟斷。因此開展具有高精度高分辨率的式光柵尺關(guān)鍵技術(shù)的研究,分析阻礙分辨率和測量精度提升的因素并找到解決方案具有重要意義。本文就式光柵尺中的細分技術(shù)、誤差補償算法做了專門的研究。設(shè)計了用于光柵尺精度檢測的氣浮式精度檢測平臺,通過實驗驗證了各項技術(shù)的精度和可靠性。目前國內(nèi)公開的對于光柵的細分技術(shù)的研究大部分是采用經(jīng)典細分技術(shù)中的幅值分割法,將測量得到的信號擬合成正切線中[0,45°]這一段,然后對其進行細分,在運用MATLAB對其進行仿真時發(fā)現(xiàn)這一段是接近一條直線,但是對于高倍細分誤差就變得明顯。因此新型細分技術(shù)不再是對其進行擬合,而是直接在原曲線上取點進行等距離細分,對采集到的曲線進行濾波,修正處理后將曲線上的點送入查找表確定位置。優(yōu)點在于每一個位置代表的都是真實值,細分值均勻可靠,經(jīng)過測試能夠達到10nm的分辨率,精度等級達到±3um。式光柵尺實時讀取位置其碼道的編解碼技術(shù)起到了關(guān)鍵作用,編碼方式的不同使得光柵傳感器在性能和效率上存在差異。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品向集成化,小型化方向發(fā)展,因此我們采用復(fù)合多位元m序列偽隨機碼為基礎(chǔ)的編碼方式,優(yōu)點是碼的碼道只有一條,結(jié)構(gòu)緊湊,編碼的周期長且可以復(fù)制,便于加工使用。在機誤差補償技術(shù)是根據(jù)安裝環(huán)境的不同將每把光柵尺用雙頻激光干涉儀檢測出自身需補償?shù)臄?shù)據(jù),保存到讀數(shù)頭存儲器,實際應(yīng)用時調(diào)用存儲器中的值進行誤差補償。減少了由于安裝環(huán)境和裝配精度等外界因素造成的誤差。此外光柵尺本身的測量誤差是采用一種新的算法將由于存在相位差產(chǎn)生的橢圓型的李薩育圖形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的李薩育圓,這樣便可以直接查詢標(biāo)準(zhǔn)的查找表。為了檢驗本文研究的細分技術(shù)的高精度高穩(wěn)定性以及誤差補償算法的有效性,我們設(shè)計了一臺采用空氣軸承的精度檢測平臺,并與常用的絲杠導(dǎo)軌的檢測平臺進行了實驗對比。選取同一把光柵尺的相同位置,每次前進兩個分辨率的距離,記錄得到的數(shù)值,對每一個數(shù)組的標(biāo)準(zhǔn)差進行對比。通過實驗驗證,空氣軸承的精度檢測平臺摩擦阻力小,抗振能力強,具有更高的檢測穩(wěn)定性。在對新型光柵尺的驗證部分,首先通過基于空氣軸承的精度檢測平臺對其進行精度檢測,通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析:經(jīng)過誤差補償精度能夠達到±3um.