【摘要】：絕對位置測量傳感器是數控機床系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制元件,是高檔數控機床最關鍵的部件,在高精度測量領域有著不可替代的作用。絕對式光柵位置傳感器具有精度高、分辨率高、響應速度快、測量范圍大和可實現(xiàn)動態(tài)測量等優(yōu)點,是我國工業(yè)現(xiàn)代化重點發(fā)展技術。絕對位置測量裝置屬于光電測量范疇,對光學系統(tǒng)要求較高,測量常用條紋讀取方式,將光束通過透鏡調制成平行光,再將條紋投影在光電探測器表面,光的平行度直接影響成像質量,對光的平行度要求較高,通常需要設計復雜的透鏡曲面。本課題基于新型偽隨機碼單碼道絕對式光柵尺的編碼原理,實現(xiàn)直線位置與信息編碼唯一對應;為提高抗污染能力與測量精度,依據編碼尺要求設計光源照明系統(tǒng),確定線陣CCD接收元件的型號,使用ZEMAX軟件設計滿足課題要求的成像光學系統(tǒng),設計封裝外殼機械結構;設計信號采集系統(tǒng)硬件電路,并搭建測試系統(tǒng)。主要研究內容包括:(1)分析絕對式編碼常用方式優(yōu)缺點,總結絕對式光柵傳感器發(fā)展現(xiàn)狀。(2)選定線陣CCD型號,確定光源型號參數,使用TracePro軟件設計聚焦透鏡結構。(3)進行光路結構參數計算,使用ZEMAX軟件設計光學成像放大透鏡,仿真優(yōu)化使其達到設計要求。(4)為實現(xiàn)傳感器集成化與小型化,設計封裝外殼機械結構。(5)對輸出信號設計信號采集系統(tǒng)硬件電路,搭建測試系統(tǒng),基本實現(xiàn)穩(wěn)定準確讀取光柵編碼信息。
[Abstract]:Absolute position measurement sensor is the closed-loop feedback control element of CNC machine tool system and the most important component of high-grade NC machine tool. It plays an irreplaceable role in the field of high-precision measurement. The absolute grating position sensor has the advantages of high precision, high resolution, fast response speed, large measurement range and the ability to realize dynamic measurement. It is the key technology of industrial modernization in China. The absolute position measuring device belongs to the category of photoelectric measurement, and it requires higher optical system. The measuring method is usually used to read the fringes. The beam is modulated into parallel light through the lens, and then the fringe is projected on the surface of the photodetector. The parallelism of light directly affects the imaging quality and requires a high degree of parallelism, which usually requires the design of complex lens surfaces. Based on the coding principle of the new pseudorandom code single channel absolute grating ruler, the linear position and the information coding are uniquely corresponding. In order to improve the anti-pollution ability and measurement precision, the illumination system of light source is designed according to the requirements of encoding ruler, the model of linear CCD receiving element is determined, the imaging optical system that meets the requirements of the subject is designed by using ZEMAX software, and the mechanical structure of packaging shell is designed. The hardware circuit of signal acquisition system is designed, and the test system is built. The main research contents are as follows: (1) analyzing the advantages and disadvantages of the common methods of absolute coding, summarizing the development of absolute grating sensors. (2) selecting the linear CCD model and determining the parameters of the light source. The structure of focusing lens is designed with TracePro software. (3) the parameters of optical path structure are calculated, and the optical imaging magnifying lens is designed by ZEMAX software. (4) in order to realize the integration and miniaturization of sensor, the design requirements are optimized by simulation. The mechanical structure of package shell is designed. (5) the hardware circuit of the signal acquisition system is designed and the testing system is set up to realize the stable and accurate reading of the grating coding information.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH741;TG659

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本文編號：2372186