1037224高精度式编码器秉铭

1037224高精度式编码器秉铭DFS60B-S1CA04096使用线性移位反馈寄存器产生位置编码的方法,详细阐述了联结多项式的本原多项式的求解方法,给出了系数在二元域取值的10级多项式的所有本原多项式。为了增加译码的可靠性,研究了曼彻斯特编码在位置编码中的应用。利用上述方法,完成了位置编码的设计。研究了式光栅尺光电信号探测方法。介绍了CMOS图像传感器在式光栅尺中的应用方式,详细阐述了式光栅尺光电器件的架构设计与电路设计,给出了设计结果。分析了光电器件的频率响应和信噪比的关系,式光栅尺大测量速度和分辨率的关系,给出了仿真结果和测试结果。提出了一种提高光栅莫尔条纹信号质量的滤波方法,将每一个指示光栅窗口分割成多个包含特定相位关系的窗口,从而抑制高次谐波分量,提高了莫尔条纹的正弦性。搭建了式光栅尺测量范围内误差检测系统,对研制的JC09型式光栅尺进行了性能检测,提出了误差补偿方法,有效提高了式光栅尺测量精度。提出了式光栅尺细分误差补偿方法。对式光栅尺两路莫尔条纹信号进行傅里叶分析,建立莫尔条纹信号模型,对比实际信号模型和理想信号模型的细分位置,得到式光栅尺的细分误差,根据该误差对细分值进行补偿,提高细分精度。运用本文研究的方法,完成了JC09型式光栅尺的研制,主要技术指标达到同类产品水平,*实现了国产光栅尺在数控系统上的应用。经检测,本论文设计的JC09型式光栅尺测量精度为±8μm/m,分辨率0.01μm,大工作感器具有精度高、稳定性好、响应速度快、抗*力强等优点，广泛用于测量仪、数控机床等高精度位置测量领域。目前，精密光栅线位移测量系统普遍采用增量式光栅，将直线位移物理量转换为莫尔条纹光信号，由光电器件接收后转换为电信号，然后送至信号处理电路，通过处理后，输出相对位移量。国内的直线光栅尺多数是增量式光栅尺，这种光栅尺在开启或复位时需要“寻零”，而且存在累积误差现象，影响工件加工或测量的精度。而式光栅尺输出的是位置信息，可以有效解决增量式光栅尺存在的问题。首先，对光栅测量系统进行分析，了解其工作原理。莫尔条纹是光栅测量的理论基础，通过了解莫尔条纹的产生机理、特点以及质量指标等，有利于提高光栅尺的精度、分辨率。此外，还对莫尔条纹辩向方法进行了深入研究。其次，对目前光栅位移传感器和编码器的编码方式进行理论分析、研究，提出高分辨率、大量程，有利于光栅位移传感器小型化、结构简单化的相对编码和编码一体化的新型编码方式。包括一种距离码编码方法和一种基于伪随机码的式编码方法。讲述其编码和译码方法，并举例论证这两种编码方法的位置*性。再次，设计增量信号处理系统和信号采集系统。信号采用一种高灵敏度、低暗电流的TCD1254GFG型线阵CCD作为接收器件；增量信号采用一种集差分放大、滤波、校正、整形、细分等功能于一体的DSP器件进行信号处理。后，推导出编码的MATLAB数学模型，得到10位伪随机码，并进行仿真，验证其正确性。将光栅尺样机在对比试验平台上进度测试，根据实验数据分析造成光栅尺测量误差的原加工制造业的高速发展,制造领域对加工精度的要求越来越高,与之相关的科学技术计量学也得到了长足的发展,以光栅尺为代表的栅式测量设备在现代科学技术中起到了关键性的作用。光栅尺作为机加工中的闭环控制系统,有着精度高、抗干扰力强等优点,但同时也有着开机须找零位操作、断电后不能保留读数等不足之处,因此,式光栅尺应运而生。本文提出了一种新的光栅尺编码方法,并将其应用于光栅尺的设计与制造中。首先,在分析了国内外光栅尺的研究现状的基础上,提出了拥有自主知识产权的光栅尺编码的方式方法,讲述了该编码方式相对于目前上的编码方式的优越性。其次,搭建了开放式光栅尺实验平台,并通过实验的方法,验证了图像识别技术应用于光栅尺的可行性,检测出了该编码方式所刻制的光栅尺的分辨率和定位精度。再者,设计并制造出了一把封闭式光栅尺样尺,并阐述了设计过程中所遇到的重点与难点,提出了相对合理的解决方案。后,搭建了封闭式光栅尺实验平台,通过ANSYS Workbench有限元仿真分析,找到了其前六阶的固有频率和模态振型,并通过实验的方法,测试了光栅尺在前三阶固有频率范围内的六种.

1037224高精度式编码器秉铭DFS60B-S1CA04096长足的进步,但是仍然落后于德国和日本等发达国家,目前国内主要生产增量式光栅尺,无法达到高效定位的目的。大部分超精密仪器采用的高精度光栅尺仍然依靠进口,特别是式光栅尺术仍被国外垄断。因此开展具有高精度高分辨率的式光栅尺关键技术的研究,分析阻碍分辨率和测量精度提升的因素并找到解决方案具有重要意义。本文就式光栅尺中的细分技术、误差补偿算法做了专门的研究。设计了用于光栅尺精度检测的气浮式精度检测平台,通过实验验证了各项技术的精度和可靠性。目前国内公开的对于光栅的细分技术的研究大部分是采用经典细分技术中的幅值分割法,将测量得到的信号拟合成正切线中[0,45°]这一段,然后对其进行细分,在运用MATLAB对其进行仿真时发现这一段是接近一条直线,但是对于高倍细分误差就变得明显。因此新型细分技术不再是对其进行拟合,而是直接在原曲线上取点进行等距离细分,对采集到的曲线进行滤波,修正处理后将曲线上的点送入查找表确定位置。优点在于每一个位置代表的都是真实值,细分值均匀可靠,经过测试能够达到10nm的分辨率,精度等级达到±3um。式光栅尺实时读取位置其码道的编解码技术起到了关键作用,编码方式的不同使得光栅传感器在性能和效率上存在差异。现代工业产品向集成化,小型化方向发展,因此我们采用复合多位元m序列伪随机码为基础的编码方式,优点是码的码道只有一条,结构紧凑,编码的周期长且可以复制,便于加工使用。在机误差补偿技术是根据安装环境的不同将每把光栅尺用双频激光干涉仪检测出自身需补偿的数据,保存到读数头存储器,实际应用时调用存储器中的值进行误差补偿。减少了由于安装环境和装配精度等外界因素造成的误差。此外光栅尺本身的测量误差是采用一种新的算法将由于存在相位差产生的椭圆型的李萨育图形转换为标准的李萨育圆,这样便可以直接查询标准的查找表。为了检验本文研究的细分技术的高精度高稳定性以及误差补偿算法的有效性,我们设计了一台采用空气轴承的精度检测平台,并与常用的丝杠导轨的检测平台进行了实验对比。选取同一把光栅尺的相同位置,每次前进两个分辨率的距离,记录得到的数值,对每一个数组的标准差进行对比。通过实验验证,空气轴承的精度检测平台摩擦阻力小,抗振能力强,具有更高的检测稳定性。在对新型光栅尺的验证部分,首先通过基于空气轴承的精度检测平台对其进行精度检测,通过对实验数据进行分析:经过误差补偿精度能够达到±3um.