本文選題：絕對(duì)式光柵尺 + 位置編碼�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2015年博士論文

【摘要】：高端制造業(yè)的快速發(fā)展對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度提出越來(lái)越高的要求.在線(xiàn)位移的檢測(cè)和控制方面,正在逐漸的從圓編碼器配合滾珠絲杠的方式向光柵尺配合直線(xiàn)電機(jī)的方式轉(zhuǎn)變,但目前我國(guó)沒(méi)有能夠適用于數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)需求的光柵尺。絕對(duì)式光柵尺是2005年出現(xiàn)在市場(chǎng)上的一種新型光柵產(chǎn)品,相比于增量式光柵尺而言,其在功能、性能上都有較大提高,目前已在中高檔數(shù)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。因此,開(kāi)展高精度絕對(duì)式光柵尺的測(cè)量技術(shù)研究具有重要意義。本論文在參考國(guó)內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,研究了絕對(duì)式光柵尺的工作原理,提出了研制方案。深入研究了單軌絕對(duì)位置編碼、專(zhuān)用光電器件、串行通信協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù),完成了絕對(duì)式光柵尺的研制,給出了設(shè)計(jì)結(jié)果。研究了使用線(xiàn)性移位反饋寄存器產(chǎn)生絕對(duì)位置編碼的方法,詳細(xì)闡述了聯(lián)結(jié)多項(xiàng)式的本原多項(xiàng)式的求解方法,給出了系數(shù)在二元域取值的10級(jí)多項(xiàng)式的所有本原多項(xiàng)式。為了增加譯碼的可靠性,研究了曼徹斯特編碼在絕對(duì)位置編碼中的應(yīng)用。利用上述方法,完成了絕對(duì)位置編碼的設(shè)計(jì)。研究了絕對(duì)式光柵尺光電信號(hào)探測(cè)方法。介紹了CMOS圖像傳感器在絕對(duì)式光柵尺中的應(yīng)用方式,詳細(xì)闡述了絕對(duì)式光柵尺專(zhuān)用光電器件的架構(gòu)設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì),給出了設(shè)計(jì)結(jié)果。分析了專(zhuān)用光電器件的頻率響應(yīng)和信噪比的關(guān)系,絕對(duì)式光柵尺最大測(cè)量速度和分辨率的關(guān)系,給出了仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果。提出了一種提高光柵莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量的濾波方法,將每一個(gè)指示光柵窗口分割成多個(gè)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。搭建了絕對(duì)式光柵尺測(cè)量范圍內(nèi)誤差檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)研制的JC09型絕對(duì)式光柵尺進(jìn)行了性能檢測(cè),提出了誤差補(bǔ)償方法,有效提高了絕對(duì)式光柵尺測(cè)量精度。提出了絕對(duì)式光柵尺細(xì)分誤差補(bǔ)償方法。對(duì)絕對(duì)式光柵尺兩路莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析,建立莫爾條紋信號(hào)模型,對(duì)比實(shí)際信號(hào)模型和理想信號(hào)模型的細(xì)分位置,得到絕對(duì)式光柵尺的細(xì)分誤差,根據(jù)該誤差對(duì)細(xì)分值進(jìn)行補(bǔ)償,提高細(xì)分精度。運(yùn)用本文研究的方法,完成了JC09型絕對(duì)式光柵尺的研制,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平,首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)光柵尺在數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用。經(jīng)檢測(cè),本論文設(shè)計(jì)的JC09型絕對(duì)式光柵尺測(cè)量精度為±8μm/m,分辨率0.01μm,最大工作速度達(dá)到180m/min,最大工作加速度3g。通過(guò)運(yùn)用本文的讀數(shù)頭內(nèi)測(cè)量范圍內(nèi)誤差補(bǔ)償方法,JC09的測(cè)量精度可以提高到±1.5μm/m。
[Abstract]:With the rapid development of high-end manufacturing industry, the machining accuracy of NC machine tools is demanded more and more. In the aspect of on-line displacement detection and control, it is gradually changing from circular encoder with ball screw to grating ruler with linear motor, but at present, there is no grating ruler suitable for the closed-loop requirement of CNC system in our country. Absolute grating ruler is a new kind of grating product which appeared on the market in 2005. Compared with the incremental grating ruler, its function and performance have been greatly improved, and it has been widely used in middle and high grade numerical control system. Therefore, it is of great significance to study the measurement technology of high precision absolute grating ruler. In this paper, based on the reference of domestic and foreign technical literature, the working principle of absolute grating ruler is studied, and the development scheme is put forward. The key technologies such as monorail absolute position coding, special optoelectronic devices and serial communication protocol are studied in detail. The development of absolute grating ruler is completed and the design results are given. The method of generating absolute position coding by linear shift feedback register is studied. The solution of the primitive polynomial of the connection polynomial is discussed in detail, and all primitive polynomials of the 10-order polynomial whose coefficients are obtained in the binary domain are given. In order to increase the reliability of decoding, the application of Manchester coding in absolute position coding is studied. Using the above method, the design of absolute position coding is completed. The detection method of absolute grating ruler photoelectric signal is studied. The application of CMOS image sensor in absolute grating ruler is introduced. The structure design and circuit design of special photoelectric device for absolute grating ruler are described in detail. The design results are given. The relationship between frequency response and signal-to-noise ratio (SNR) of special optoelectronic devices and the relationship between the maximum measuring speed and resolution of absolute grating ruler are analyzed. The simulation results and test results are given. A filtering method is proposed to improve the quality of grating moire fringe signal. Each indicated grating window is divided into several windows with specific phase relationship, which can suppress the high-order harmonic component and improve the sinusoidal property of moire fringe. The error detection system of absolute grating ruler is set up, the performance of JC09 absolute grating ruler is tested, and the method of error compensation is put forward, which effectively improves the measuring accuracy of absolute grating ruler. An absolute grating scale subdivision error compensation method is proposed. The Fourier analysis of two moire fringe signals of absolute grating ruler is carried out, and the moire fringe signal model is established. The subdivision error of absolute grating ruler is obtained by comparing the subdivision position of the actual signal model and the ideal signal model. According to the error, the subdivision value is compensated and the subdivision accuracy is improved. The JC09 absolute grating ruler has been developed by using the research method in this paper. The main technical indexes have reached the international level of the same kind of products, and the application of the domestic grating ruler in the numerical control system has been realized for the first time. The measurement accuracy of JC09 absolute grating ruler is 鹵8 渭 m / m, the resolution is 0.01 渭 m, the maximum working speed is 180 m / min and the maximum working acceleration is 3 g. The measurement accuracy of JC09 can be improved to 鹵1.5 渭 m / m by using the error compensation method in measuring range of reading head in this paper.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：2003231