1037265式單碼道線編碼器位移選秉銘

1037265式單碼道線編碼器位移選秉銘DFS60B-S4EA00256碼道譯碼、校正原理仿真模型和影響光柵信號(hào)質(zhì)量的因素,并完成了式光柵尺精度分析及誤差修正。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:分析現(xiàn)有式光柵尺編碼方式。將光刻工藝難度、刻劃效率作為編碼模型的邊界條件,闡述了編碼單值函數(shù)的特點(diǎn),并針對(duì)該特點(diǎn)建立了編碼值間邏輯關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)數(shù)學(xué)模型運(yùn)用二叉樹、回溯等搜索算法展開了編碼的研究工作。研究結(jié)果表明該方法在原理上可行,但在實(shí)際操作中,存在運(yùn)算量大,海量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等致命缺點(diǎn)。本文創(chuàng)新性地提出了基于DBCS控制理論的編碼機(jī)制,該編碼機(jī)制以刻劃工藝難度、刻劃效率以及讀取效率為權(quán)值,以權(quán)值作為自變量的評(píng)價(jià)閾值函數(shù),優(yōu)化編碼序列,得到權(quán)值大（降低工藝難度、提高刻劃效率）的編碼序列。對(duì)于中小量程的式光柵尺,本文本著相關(guān)技術(shù)成熟、處理方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn),創(chuàng)新性的提出了矩陣碼與偽隨機(jī)碼相結(jié)合的編碼機(jī)理,并開展下列研究:分析了矩陣碼道與精碼道邏輯關(guān)系,建立滿足讀數(shù)頭尺寸要求的矩陣碼道,依據(jù)矩陣碼道邏輯關(guān)系模型,建立偽隨機(jī)碼的優(yōu)選機(jī)制（刻劃工藝簡(jiǎn)單、刻劃效率高）編碼模型。針對(duì)上述兩種式光柵尺的編碼機(jī)制,開展了編碼原理的仿真。1)分析了基于DBCS控制理論的編碼機(jī)制,建立了非線性關(guān)系的單值編碼函數(shù)的譯碼模型。以實(shí)際光柵刻劃精度、安裝不平行誤差等為邊界條件,創(chuàng)新性地建立了一種基于接收光電器件像素點(diǎn)邏輯關(guān)系的校正模型。并開展了相應(yīng)的碼道位置誤差修正模型的研究與驗(yàn)證工作,實(shí)現(xiàn)了±1/4碼道周期的大范圍位置誤差校正。2)分析了基于矩陣碼與偽隨機(jī)碼結(jié)合算法的編碼機(jī)制,依據(jù)矩陣碼譯碼及偽隨機(jī)碼譯碼原理,建立了譯碼及校正模型,并對(duì)校正模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了±1/4精碼道周期范圍的位置誤差校正。分析了光源光強(qiáng)分布函數(shù),并針對(duì)光強(qiáng)分布特點(diǎn)開展了基于毛玻璃“勻光”特性的理論分析、模擬仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明旋轉(zhuǎn)的毛玻璃產(chǎn)生勻光效果。對(duì)增量碼道光柵副方程進(jìn)行了理論分析,確立了以波長(zhǎng)、柵距為參數(shù)的焦面求解模型,并依據(jù)焦深公式推導(dǎo)出主光柵與指示光柵間隙允差范圍。研究了影響莫爾條紋質(zhì)量的各種因素,分析了各因素給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響,提出了一種實(shí)現(xiàn)提高莫爾條紋質(zhì)量的處理方法。研究了光柵尺量精度的影響因素,并對(duì)其做定性和定量分析。運(yùn)用激光雙頻干涉儀、激光自準(zhǔn)直儀等輔助設(shè)備,對(duì)誤差標(biāo)定過(guò)程中產(chǎn)生的阿貝誤差進(jìn)行補(bǔ)償,運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP優(yōu)化算法對(duì)誤差進(jìn)行修正,建立了光柵尺誤差修正數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了光柵尺測(cè)量修正誤差小于0.1μm。綜上所述,本文在對(duì)式光柵尺編碼機(jī)制構(gòu)建方法的深入剖析的基礎(chǔ)上,從建立碼道,到翻譯碼道,再到校正碼道,探索出了兩種不同方式的編碼機(jī)制,即基于DBCS控制理論的新型編碼機(jī)制、矩陣碼與偽隨機(jī)碼合成編碼機(jī)制。并詳細(xì)分析了譯碼、校正原理,實(shí)現(xiàn)了大范圍位置誤差校正。分析了莫爾條紋質(zhì)量的影響因素和光柵尺尺廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)、軍事、制造等領(lǐng)域。傳統(tǒng)光柵尺運(yùn)用光學(xué)技術(shù)將被測(cè)距離放大,利用差分電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),終輸出位置信息。隨著圖像識(shí)別技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展,將圖像識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于光柵尺,尤其是式光柵尺,是一項(xiàng)新興的高科技技術(shù),具有很大的發(fā)展前景。光柵尺具有斷電無(wú)需復(fù)位歸零、無(wú)累計(jì)誤差、高精度優(yōu)點(diǎn)。本文研究的式光柵尺利用光學(xué)放大原理,將尺上的編碼放大,由FPGA控制高幀頻CMOS攝像頭拍攝經(jīng)光學(xué)放大后的編碼圖像信息,再經(jīng)過(guò)DSP解析碼信息,終轉(zhuǎn)化為位置信息。本文以自主研發(fā)的光柵尺為研究對(duì)象,以有效促進(jìn)國(guó)內(nèi)測(cè)量技術(shù)及光柵尺產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提高光柵尺綜合性能為目的,主要有一下研究：首先,研究光柵尺的基本工作原理,建立開放式光柵尺初始實(shí)驗(yàn)平臺(tái),初步研究光柵尺的誤碼原理,驗(yàn)證光柵尺的工作原理可行性。其次,使用solidworks構(gòu)建封閉式光柵尺的結(jié)構(gòu)模型,用非線性有限元軟件Abaqus對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì),終獲取封閉式光柵尺。其三,考慮單純光柵尺測(cè)量速度的局限性,利用高冗余技術(shù),結(jié)合光柵尺和增量光柵尺的各自優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)高冗余光柵尺,實(shí)現(xiàn)高速、高精度位置測(cè)量。后,在光學(xué)隔振臺(tái)上建立實(shí)驗(yàn),以超精密氣浮直線電機(jī)使用對(duì)象,分析單純封閉式光柵尺誤碼特征,獲取速度（不產(chǎn)生誤碼）,確定高冗余光柵尺的切換速度；驗(yàn)證高冗余光柵尺的可行性,測(cè)試其測(cè)量能力極限。

1037265式單碼道線編碼器位移選秉銘DFS60B-S4EA00256密方法發(fā)展,人們對(duì)高精度的傳感器提出了越來(lái)越迫切的需求。式光柵尺是2005年出現(xiàn)在市場(chǎng)的一種新型線位移傳感器,相對(duì)于傳統(tǒng)的增量式光柵尺而言,它具有測(cè)量精度高、抗干擾性強(qiáng)、斷電后再工作無(wú)需回零點(diǎn)、無(wú)累計(jì)誤差、位置計(jì)算在讀數(shù)頭內(nèi)完成等優(yōu)點(diǎn),因此,被廣泛使用在各種中高檔數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量設(shè)備當(dāng)中。隨著式光柵尺的推廣與使用,為了方便用戶對(duì)設(shè)備上的光柵尺進(jìn)行快速、便捷的信號(hào)檢測(cè);與此同時(shí),為了方便光柵尺生產(chǎn)商在研發(fā)階段對(duì)光柵尺產(chǎn)品的反復(fù)檢測(cè)與調(diào)試,以及在售后階段能方便得對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效的維護(hù),這都需要一套完善的式光柵尺信號(hào)檢測(cè)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在國(guó)外,著名的光柵尺產(chǎn)商都會(huì)根據(jù)自身產(chǎn)品研發(fā)特定的檢測(cè)平臺(tái),用于快速的推廣和便捷的維護(hù)自身式光柵尺產(chǎn)品;在國(guó)內(nèi),由于對(duì)式光柵尺的研究起步比較晚,目前還沒(méi)有類似系統(tǒng)。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的式光柵尺檢測(cè)技術(shù)和當(dāng)前式光柵尺產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上,深入的研究式光柵尺信號(hào)檢測(cè)的原理、常見(jiàn)故障的類型和診斷方法、誤差測(cè)量和補(bǔ)償方式,從而設(shè)計(jì)出一款式光柵尺信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)由采集卡和上位機(jī)組成,用于實(shí)現(xiàn)式光柵尺的在線信號(hào)檢測(cè)與修調(diào)、故障診斷、誤差的測(cè)量與補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｊ紫妊芯苛耸焦鈻懦咝盘?hào)檢測(cè)的原理,確定信號(hào)檢測(cè)的方法,包括了增量信號(hào)和信號(hào);同時(shí)研究了式光柵尺常見(jiàn)的故障類型及其診斷方式。設(shè)計(jì)了以STM32為核心控制器的信號(hào)采集卡,該采集卡配備有式信號(hào)采集模塊、增量信號(hào)采集模塊、激光干涉儀接口模塊、上位機(jī)接口模塊等。采集卡作為上位機(jī)和光柵尺之間的通訊橋梁,接受上位機(jī)的命令和參數(shù),對(duì)光柵尺進(jìn)行讀寫操作,并反饋到上位機(jī)中。當(dāng)用于對(duì)式光柵尺進(jìn)行誤差測(cè)量時(shí),該采集卡可為激光干涉儀提供觸發(fā)信號(hào)。設(shè)計(jì)了信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件,該軟件基于Qt環(huán)境,采用模塊化方式開發(fā)。包括有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊、產(chǎn)品信息與位置值采集模塊、故障診斷模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、光電參數(shù)修調(diào)模塊以及誤差測(cè)量與補(bǔ)償模塊,每個(gè)模塊都采用獨(dú)立封裝的方式,用戶可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行加載。上位機(jī)軟件的主要的功能是作為人機(jī)交互的界面,其根據(jù)與采集卡之間的通訊協(xié)議,向采集卡發(fā)送命令與參數(shù),并從采集卡中獲取反饋信息,經(jīng)過(guò)處理分析后實(shí)時(shí)得顯示在界面上。研究了式光柵尺測(cè)量誤差的補(bǔ)償方法。分析了影響式光柵尺精度的誤差因素,搭建起誤差檢測(cè)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵尺的快速誤差測(cè)量;提出了誤差補(bǔ)償方法,并把補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫入到光柵尺讀數(shù)頭中,終實(shí)現(xiàn)對(duì)式光柵尺測(cè)量誤差的快速、高效補(bǔ)償。運(yùn)用本文的研究方法,完成了式光柵尺信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)式光柵尺在線的信號(hào)檢測(cè)與修調(diào).