-6]。因此,光柵尺作為高分辨率非接觸式測(cè)量的專(zhuān)用傳感器,成為光學(xué)調(diào)焦平臺(tái)位置控制和測(cè)量的重要工具。傳統(tǒng)的增量式光柵尺信號(hào)的采集一般采用產(chǎn)品化的數(shù)據(jù)采集卡或進(jìn)口的FPGA或DSP芯片開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集和解碼,數(shù)據(jù)采集卡尺寸較大,輸出方式單一,不滿(mǎn)足定制需要。進(jìn)口器件的對(duì)外依存度較高且質(zhì)量等級(jí)較低。因此,本文提出了一種基于國(guó)產(chǎn)化FPGA芯片AG10K的增量式光柵尺信號(hào)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由時(shí)鐘模塊、信號(hào)處理模塊、編碼通信模塊等組成,與傳統(tǒng)的增量式采集板相比,具有一

，激光干涉儀和光柵尺常被用于高精度位移測(cè)量［7-10］。前者可通過(guò)計(jì)數(shù)和細(xì)分干涉條紋實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)測(cè)量，但對(duì)測(cè)量環(huán)境要求苛刻［11-12］，且光學(xué)零件繁多難以直接集成于裝備內(nèi)部，極大地限制了其在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用。相對(duì)于激光干涉儀，光柵尺［13］具有低成本、小體積、高精度的優(yōu)點(diǎn)，被作為核心位移測(cè)量器件而廣泛集成于精密制造裝備。當(dāng)今，大批量穩(wěn)定制造光柵的方法主要有機(jī)械刻?hào)?、光刻刻?hào)诺龋?4-20］?？墒?，這些成熟工藝具有成品率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)條件嚴(yán)苛等缺點(diǎn)

MC5130、光柵尺MercuryⅡTM6510和處理器STM32F407組成的控制器，實(shí)現(xiàn)4通道直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的高精度閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)顯微鏡載物臺(tái)的高精度自動(dòng)測(cè)量和精確定位。圖1為系統(tǒng)實(shí)物圖，圖中僅接入一個(gè)通道的光柵尺檢測(cè)和電機(jī)控制。圖1 系統(tǒng)實(shí)物圖針對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用系統(tǒng)［3－5］，步進(jìn)電機(jī)丟步、開(kāi)環(huán)特性或絲桿自身誤差往往會(huì)造成載物臺(tái)位移不準(zhǔn)確，本文直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，通過(guò)光柵尺讀頭反饋的實(shí)際移動(dòng)距離和目標(biāo)位置比較的差值，再控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償這個(gè)差值，從而形

06）1 引言光柵尺作為高精度位移傳感器廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，宏微平臺(tái)等精密位移控制系統(tǒng)和工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域[1?2]。目前以螺栓直接固定尺體于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的凸臺(tái)基面的安裝方式[3]，使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)與沖擊直接作用于光柵尺[4]。隨著微納加工的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)對(duì)光柵尺精度的影響日益凸顯。目前針對(duì)光柵尺振動(dòng)的研究較多集中于數(shù)據(jù)后處理，如通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行誤差補(bǔ)償處理等方法[5]降低振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響等，但無(wú)法從根本上消除振動(dòng)對(duì)光柵尺測(cè)量精度的影響。光柵尺一般為

備之前應(yīng)用進(jìn)口光柵尺，成本較高，不利于校直機(jī)(車(chē)橋校平類(lèi))設(shè)備的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，國(guó)產(chǎn)光柵尺現(xiàn)已可以滿(mǎn)足校直產(chǎn)品的應(yīng)用需求。本文根據(jù)實(shí)際情況和對(duì)光柵尺應(yīng)用情況的綜合評(píng)估，選擇國(guó)產(chǎn)光柵尺和對(duì)應(yīng)的采集盒，并將其應(yīng)用于校直設(shè)備。國(guó)產(chǎn)光柵尺系統(tǒng)在校直機(jī)產(chǎn)品上的成功應(yīng)用，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)光柵尺可以代替進(jìn)口光柵尺產(chǎn)品，這會(huì)極大地降低此類(lèi)產(chǎn)品的成本、縮短此類(lèi)原材料的采購(gòu)周期，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。2 硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境2.1 硬件構(gòu)成針對(duì)適配器多路國(guó)產(chǎn)光柵尺數(shù)據(jù)采集進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)

電機(jī)結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性光柵尺。位置傳感器的作用如同人的感官，將捕獲的信息傳輸給控制中心，即將進(jìn)給軸當(dāng)前的位置信息傳輸給控制單元——驅(qū)動(dòng)器/控制器，控制單元根據(jù)位置信息計(jì)算運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)給軸的位置和速度。因此位置傳感器對(duì)進(jìn)給軸準(zhǔn)確的位置運(yùn)行起到重要的作用，直接影響機(jī)床的加工效果。常用的軸運(yùn)行控制方式績(jī)偉光柵尺就扮演著感官的角色，測(cè)量進(jìn)給軸的位置信息，提供給控制單元。機(jī)床中常用的軸運(yùn)行的控制方式有三種。絲桿結(jié)構(gòu)半閉環(huán)控制絲桿結(jié)構(gòu)的半閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示，控制單

nDat協(xié)議的光柵尺正常通信。1 EnDat協(xié)議時(shí)序分析EnDat接口是面向編碼器應(yīng)用的雙向數(shù)字接口，帶有錯(cuò)誤檢測(cè)位和CRC校驗(yàn)功能，并且EnDat 2.2協(xié)議可以發(fā)送附加數(shù)據(jù)的位置值，以便系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控編碼器反饋狀態(tài)，使得編碼器的數(shù)據(jù)傳輸可靠性高[9]。EnDat 2.2協(xié)議有14種指令，如表1所示，F(xiàn)PGA可以通過(guò)這些模式指令讀取編碼器的位置、存儲(chǔ)器信息、OEM等參數(shù)[10-11]。EnDat 2.2協(xié)議在EnDat 2.1協(xié)議上擴(kuò)展了7個(gè)指令，使得附加

裝備應(yīng)運(yùn)而生。光柵尺是閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種位移傳感器，可作為直線(xiàn)位移和角度位移反饋，根據(jù)測(cè)量原理不同，可分為絕對(duì)式光柵尺和增量式光柵尺[1]。應(yīng)用絕對(duì)式光柵尺，設(shè)備上電后就可得知位置信息，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但工藝制作復(fù)雜，使用成本較高[2-3]。傳統(tǒng)的增量式光柵尺是周期性的光柵刻線(xiàn)，只有間隔不變的“零點(diǎn)標(biāo)記”刻度與增量計(jì)數(shù)刻度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在成本控制上具有極大優(yōu)勢(shì)。其位置信息是通過(guò)計(jì)算自某計(jì)數(shù)起點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)而獲得。這個(gè)計(jì)數(shù)起點(diǎn)無(wú)法獲取當(dāng)前坐標(biāo)相對(duì)機(jī)

05）0 引言光柵尺作為高速、高精度的實(shí)時(shí)位置檢測(cè)與反饋部件，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與裝備[1-2]。高性能光柵尺，尤其是大行程、高精度柵尺是我國(guó)高端全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床技術(shù)瓶頸之一，目前很多依然依賴(lài)進(jìn)口[3-4]?！吨袊?guó)制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略中提出要加速高檔數(shù)控機(jī)床等前沿技術(shù)和裝備的研發(fā)，以提高可靠性、精度保持性為重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)、光柵等主要功能部件，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[5]。光柵尺的動(dòng)態(tài)精度直接影響到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的總體性能。在光柵尺靜動(dòng)態(tài)特性研究及

來(lái)越高，機(jī)床對(duì)光柵尺的安裝將會(huì)越來(lái)越多。光柵尺就充當(dāng)了獨(dú)立于機(jī)床外的監(jiān)督功能，一直“監(jiān)視”著直線(xiàn)軸的位置，保證了直線(xiàn)軸能到達(dá)數(shù)控系統(tǒng)要求的位置。增加光柵尺能增加直線(xiàn)軸運(yùn)行的準(zhǔn)確性，但不能取代機(jī)械的精度;如果直線(xiàn)軸的幾何精度很差，反向間隙很大，使用光柵尺不但達(dá)不到應(yīng)有的目的，反而在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)震蕩，甚至誤差過(guò)大報(bào)警，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械精度是必要條件，在此基礎(chǔ)上光柵尺才能錦上添花。關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);伺服驅(qū)動(dòng)器;全閉環(huán);光柵尺 中圖分類(lèi)號(hào)：TN773

2]. 而位移光柵尺以其高精度、高穩(wěn)定性在測(cè)量中得廣泛應(yīng)用.本文結(jié)合位移光柵尺的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)[3]， 將其應(yīng)用在拉伸法彈性模量測(cè)量中，也是對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段的嘗試與改進(jìn).1 位移光柵尺測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1 測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)主要由彈性模量測(cè)定儀和位移光柵尺組成，輔助測(cè)量?jī)x器為螺旋測(cè)微計(jì)和直尺，如圖1所示.圖1 位移光柵尺測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)選擇國(guó)產(chǎn)的JCS900-2AE位移光柵尺，如圖2所示. JCS900-2AE位移光柵尺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧、性能穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高，主要用

數(shù)控機(jī)床上安裝光柵尺。光柵尺安裝在滑板上，由于其機(jī)械部件齊全，因而在傳動(dòng)過(guò)程中能有效檢測(cè)誤差并給予修正，光柵尺能有效消除相應(yīng)的誤差源，比如滾珠絲杠溫度變化導(dǎo)致的位置差異，滾珠絲杠螺距造成的運(yùn)動(dòng)誤差，反向間隙誤差等。目前，光柵尺在高精度與高速度數(shù)控機(jī)床加工中發(fā)揮著重要作用，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精高速零件加工的不二選擇。1 光柵尺的結(jié)構(gòu)與檢測(cè)裝置光柵尺是由安裝在機(jī)床活動(dòng)構(gòu)件上的光柵讀數(shù)頭和安裝在數(shù)控機(jī)床加工零件上的標(biāo)尺光柵和構(gòu)成，并且指示光柵固定在光柵讀數(shù)頭上。其

的改進(jìn)2.1 光柵尺選型光柵尺是光柵線(xiàn)位移傳感器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是利用光柵原理實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)位移測(cè)量的傳感器，分為封閉式和敞開(kāi)式，主要應(yīng)用于直線(xiàn)移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。光柵尺由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成，標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床固定部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床活動(dòng)部件上。數(shù)顯表是一種用來(lái)讀取有線(xiàn)性編碼器產(chǎn)生的信號(hào)的顯示單元，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)床、火花機(jī)，為其提供顯示、定位的數(shù)顯裝置，數(shù)顯表的手動(dòng)補(bǔ)償功能可以通過(guò)輸入修正值對(duì)光柵尺線(xiàn)性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，其修正值計(jì)算方法如下：修正值=（測(cè)量值-標(biāo)

定裝置;標(biāo)定;光柵尺;手動(dòng)平移臺(tái)中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TM344.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A0 引言收斂計(jì)廣泛用于量測(cè)隧道、巷道、峒室及其他工程圍巖周邊任意方向兩點(diǎn)間的距離微小變化的測(cè)量。達(dá)到評(píng)定工程穩(wěn)定性，研究工程圍巖及支護(hù)的變形發(fā)展規(guī)律，確定合理支護(hù)參數(shù)目的，收斂量測(cè)已公認(rèn)是地下工程量測(cè)項(xiàng)目中必須項(xiàng)目之一。因此，尋找一種能全面反映收斂計(jì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性等方面性能的檢定方法具有重要意義。目前，收斂計(jì)普遍使用的檢定方法是對(duì)其主要的部件的性能分別標(biāo)定后再進(jìn)行

采用絕對(duì)式直線(xiàn)光柵尺，其通訊協(xié)議為BISS協(xié)議。在低端應(yīng)用場(chǎng)合中通常采用官方解碼芯片或者單片機(jī)，但由于受到專(zhuān)用芯片的擴(kuò)展能力和單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力的限制，使得在高端場(chǎng)合和多場(chǎng)景應(yīng)用顯得力有不逮[6]。而FPGA具有靈活性高、可移植性強(qiáng)的特點(diǎn)和快速處理數(shù)據(jù)的能力，綜合分析后最終采用FPGA實(shí)現(xiàn)BISS協(xié)議通訊。本文介紹了BISS協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件電路原理圖和所需的各個(gè)軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了通訊接口和上位機(jī)的設(shè)計(jì)并將位置數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)顯示。1 BI

00）0 引言光柵尺振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x能實(shí)時(shí)采集來(lái)自生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，接收來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，連接檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀器數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)從測(cè)量?jī)x器中獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄，分析計(jì)算，形成相應(yīng)的各類(lèi)圖形，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判斷，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使系統(tǒng)真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。該設(shè)備可與光柵數(shù)顯表結(jié)合成光柵測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位移測(cè)量。通過(guò)C#語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)串口通信實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，生成曲線(xiàn)便于觀(guān)察數(shù)據(jù)走向，也可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存起來(lái)，以便日后

06）0 引言光柵尺在制造行業(yè)中具有極其廣泛的應(yīng)用[1-3]，因此光柵尺精度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)增量式光柵尺產(chǎn)品是否滿(mǎn)足精度要求、保證出廠(chǎng)產(chǎn)品合格率具有重要意義。精度檢測(cè)系統(tǒng)的接口用于連接系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分，構(gòu)建兩者通信的橋梁，實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)傳輸。一些光柵尺生產(chǎn)制造公司針對(duì)其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了光柵尺精度檢測(cè)的工具套件，但是這些套件往往難以兼容其他公司產(chǎn)品。也有研究探討設(shè)計(jì)通用光柵尺精度檢測(cè)系統(tǒng)[4-5]，這些系統(tǒng)多數(shù)采用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如光柵尺數(shù)顯系統(tǒng)）進(jìn)行

文提出利用平面光柵尺為核心部件，建立位置測(cè)量模型，對(duì)掩模臺(tái)的位置進(jìn)行精確定位。圖1 二維衍射平面光柵尺的掩模臺(tái)布局圖Fig.1 Plane layouts of planar grating of reticle stage一般運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置測(cè)量系統(tǒng)是以雙頻激光干涉儀為核心部件，建立運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)引起光程變化的關(guān)系模型，測(cè)量運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置。文獻(xiàn)[1]研究分析的激光干涉儀測(cè)量運(yùn)動(dòng)臺(tái)的不確定度可達(dá)25nm，行程為120mm。文獻(xiàn)[2]程吉水等建立運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置測(cè)量

線(xiàn)導(dǎo)軌與滑塊；光柵尺1隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)在制造領(lǐng)域中采用的尺度將由微米邁向納米，在這個(gè)進(jìn)程中，高精密的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)納米級(jí)定位和加工的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，在一些工程領(lǐng)域，已經(jīng)對(duì)納米級(jí)微進(jìn)給平臺(tái)提出了要求，如半導(dǎo)體器件；光學(xué)器件；微型機(jī)械的制造及特種材料加工等。尤其是在微型機(jī)械和超精密加工領(lǐng)域，往往需要十分精確的定位和非常精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，因此需要高性能的超精密定位平面工作臺(tái)作為其技術(shù)支持。例如，隨著集成電路集成度的提高，線(xiàn)寬已達(dá)到亞微米級(jí)，因此在制造過(guò)程中對(duì)定

0 引言絕對(duì)式光柵尺是一種線(xiàn)位移傳感器，廣泛的使用在現(xiàn)代各種加工設(shè)備和測(cè)量?jī)x器中，其具有抗干擾性強(qiáng)、斷電后再工作不需回零點(diǎn)、無(wú)累計(jì)誤差、位置計(jì)算在讀數(shù)頭內(nèi)完成、通信可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，國(guó)內(nèi)外中高檔數(shù)控機(jī)床與精密測(cè)量?jī)x器中越來(lái)越多的使用絕對(duì)式光柵尺作為線(xiàn)位移傳感器[1]。精度是絕對(duì)式光柵尺的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其直接影響著裝置的定位以及重復(fù)定位精度[2-3]?；蛘f(shuō)絕對(duì)式光柵尺精度的高低決定著裝置的精度水平。目前，絕對(duì)式光柵尺精度包括兩大類(lèi)：疊柵條紋信號(hào)周期內(nèi)細(xì)分精度

屑液等使得X軸光柵尺的報(bào)警頻率比其他進(jìn)口類(lèi)設(shè)備高出許多。針對(duì)此故障的維修形成以下方法步驟。圖1設(shè)備出現(xiàn)X軸25000#報(bào)警，首先將該軸測(cè)量系統(tǒng)改成半閉環(huán)，X軸MD30200＝1，MD14510＝14，改后將X軸開(kāi)離報(bào)警點(diǎn)一段距離（1m以上），再改回全閉環(huán)MD30200＝2，MD14510＝15，看有無(wú)繼續(xù)報(bào)警。若開(kāi)機(jī)即有報(bào)警，說(shuō)明故障很突出，可以嘗試互換下測(cè)量板（見(jiàn)圖1），不行就要做后面全面的檢查。若沒(méi)有報(bào)警了，就全行程移動(dòng)X軸，看此報(bào)警是否仍然出現(xiàn)，一般

環(huán)進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用光柵尺作為位置反饋部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量，消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的間隙和誤差，最大限度彌補(bǔ)機(jī)械上造成的誤差，可以實(shí)現(xiàn)更高的位置控制精度[1]。光柵尺作為全閉環(huán)進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的精密檢測(cè)元件，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了滿(mǎn)足抗污染能力強(qiáng)、分辨率高、運(yùn)動(dòng)速度快、安裝公差大和不易碰碎等要求，系統(tǒng)中常應(yīng)用開(kāi)放式直線(xiàn)光柵尺，為了安裝方便和成本考慮，直線(xiàn)光柵尺往往與進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑臺(tái)配合實(shí)現(xiàn)位置反饋，使得測(cè)量過(guò)程位置反饋精度與滑臺(tái)機(jī)構(gòu)精度存在直接關(guān)系。

用于檢測(cè)位置的光柵尺。被放置在滑板上的光柵尺包含了進(jìn)給機(jī)構(gòu)全部的機(jī)械環(huán)節(jié)，不存在額外的機(jī)械部件產(chǎn)生的誤差，因此光柵尺可以檢測(cè)出機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，并能在控制系統(tǒng)電路中給予修正，它可以消除以下潛在的誤差源：①由于滾珠絲杠溫度特性導(dǎo)致的位置誤差。②反向間隙。③滾珠絲杠螺距誤差的運(yùn)動(dòng)特性誤差。因此，光柵尺已成為滿(mǎn)足高精度定位和高速加工機(jī)床不可或缺的必備條件。本文以海德漢距離編碼直線(xiàn)光柵尺為例，介紹了在FANUC數(shù)控系統(tǒng)上的應(yīng)用方法。1 距離編碼光柵尺簡(jiǎn)介（1）

鍵詞】DSP 光柵尺 光電編碼器 步進(jìn)電機(jī)1 引言隨著高校教育改革的不斷推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)器材也在不斷推陳出新，本文針對(duì)光電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本、專(zhuān)科大學(xué)生，對(duì)光柵傳感器原理及應(yīng)用的掌握需要，設(shè)計(jì)了一型基于DSP的光柵傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)顯示非常人性化。通過(guò)這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生們可更加深入的了解光柵傳感器測(cè)量位移的原理及方法，加深對(duì)莫爾條紋形成的光學(xué)原理、位移放大作用和誤差平均效應(yīng)的理解，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱增加一些擴(kuò)展功能，方便學(xué)生做衍生實(shí)驗(yàn)。2 原理及硬件結(jié)

機(jī)編碼器位置與光柵尺位置反饋不一致，使位置偏差超過(guò)1828參數(shù)，產(chǎn)生報(bào)警。②機(jī)床的伺服或電動(dòng)機(jī)性能不好，在運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)無(wú)法驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸而導(dǎo)致報(bào)警。③機(jī)床的絲杠或其他傳動(dòng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。④電動(dòng)機(jī)的報(bào)閘出現(xiàn)問(wèn)題。⑤電動(dòng)機(jī)的編碼器或編碼器的電纜出現(xiàn)問(wèn)題。⑥機(jī)床坐標(biāo)軸的光柵尺或讀數(shù)頭出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致位置環(huán)和速度環(huán)的位置偏差超出允許偏差。對(duì)于第1種情況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看和了解，機(jī)床沒(méi)有發(fā)生撞擊意外事故，操作正常，因此撞擊原因可以排除。對(duì)于第2種原因，可以把機(jī)床改成半閉環(huán)進(jìn)行檢

510006)光柵尺測(cè)量精度誤差補(bǔ)償系統(tǒng)研究*黃明輝，王 晗，陳 新，陳新度，李 彬(廣東工業(yè)大學(xué) 廣東省微納加工技術(shù)與整備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510006)文章主要研究影響光柵尺測(cè)量精度的因素，探索提高測(cè)量精度的途徑。通過(guò)研究影響光柵尺測(cè)量精度的因素分析了其靜態(tài)誤差模型；然后，通過(guò)設(shè)計(jì)可調(diào)的光柵尺誤差檢測(cè)平臺(tái)并結(jié)合優(yōu)化的測(cè)量方案對(duì)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行了大量的誤差檢測(cè)，并分析了各個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)特性，再對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，獲得了較為準(zhǔn)確真實(shí)的光柵尺測(cè)

偽隨機(jī)碼組合的光柵尺編碼機(jī)制李昭然1，王 利2（武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430063）創(chuàng)新性的提出一種矩陣碼與偽隨機(jī)碼組合的光柵編碼機(jī)制。該編碼機(jī)制結(jié)合了矩陣碼與偽隨機(jī)碼，將矩陣碼用于粗碼的刻劃；將偽隨機(jī)碼用于定位碼道的刻劃。在此基礎(chǔ)上，為了滿(mǎn)足測(cè)量精度、量程與光柵尺尺寸的相容性，設(shè)計(jì)出一套優(yōu)選機(jī)制以便得到符合條件的輸出信號(hào)更穩(wěn)當(dāng)、編碼更簡(jiǎn)單的編碼序列。接著對(duì)該編碼機(jī)制進(jìn)行仿真分析生成光柵尺圖案。以此刻劃出實(shí)際光柵尺產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于該

摘 要： 線(xiàn)性光柵尺作為自動(dòng)化設(shè)備，在實(shí)踐應(yīng)用中，能夠直接測(cè)量出機(jī)械、機(jī)床所處的位置。但長(zhǎng)期使用后，其內(nèi)部零部件相互摩擦，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)不同程度的故障，如何排除故障，確保光柵尺能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量受到了廣泛關(guān)注。文章從線(xiàn)性光柵尺工作原理入手，對(duì)其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用及維修進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞： 線(xiàn)性；光柵尺；數(shù)控機(jī)床；應(yīng)用；維修前言：近年來(lái)，傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，在數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，檢測(cè)裝置作為其中核心，能夠確保機(jī)床加工精度，且能夠協(xié)調(diào)

IrDA通信；光柵尺；絕緣擊穿1 機(jī)床基本情況本機(jī)床的CNC采用基于工控機(jī)的意大利FIDIA C20數(shù)控系統(tǒng)，其與FIDIA數(shù)字驅(qū)動(dòng)和PLC CC10通信模塊之間的通信通過(guò)FFB高速總線(xiàn)控制板和 FFB總線(xiàn)進(jìn)行，并且數(shù)控加工時(shí)也通過(guò)該環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)字驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。PLC CC10通信模塊與其他模塊之間的通信，是由IrDA遠(yuǎn)紅外線(xiàn)接口完成。驅(qū)動(dòng)器采用的是FIDIA公司的X_POWER系列數(shù)字驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)采用的是德國(guó)西門(mén)子公司的IFT7系列同步電動(dòng)機(jī)，光柵尺采用的

FPGA的精密光柵尺圖像采集與預(yù)處理設(shè)計(jì)蔡鐵根, 黃明輝, 李成祥, 楊志軍(廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)摘要:針對(duì)目前利用圖像的方法來(lái)分析精密光柵尺位移采集速度不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)為主控器件對(duì)光柵尺進(jìn)行圖像編解碼和預(yù)處理的系統(tǒng).系統(tǒng)主要包括SDRAM控制模塊、CMOS傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、VGA顯示模塊以及圖像算法模塊.整個(gè)模塊以Altera

原理，實(shí)驗(yàn)分析光柵尺分辨率對(duì)PCB數(shù)控鉆孔機(jī)的定位精度的影響，通過(guò)一定程度上提高光柵尺分辨率，在PCB數(shù)控鉆孔機(jī)上實(shí)際應(yīng)用，可以滿(mǎn)足目前BGA鉆孔對(duì)精度的要求。關(guān)鍵詞：PCB數(shù)控鉆孔機(jī)；定位精度；光柵尺；分辨率球柵陣列(BGA（Ball Grid Array）)封裝是目前FPGA和微處理器等各種高度先進(jìn)和復(fù)雜的半導(dǎo)體器件采用的標(biāo)準(zhǔn)封裝類(lèi)型，用于嵌入式設(shè)計(jì)的BGA封裝技術(shù)在跟隨芯片制造商的技術(shù)發(fā)展而不斷進(jìn)步，隨著芯片級(jí)BGA封裝的技術(shù)應(yīng)用，封裝體已縮小到接近

采用無(wú)接觸式的光柵尺作為方位軸的測(cè)角裝置，模擬無(wú)刷電機(jī)的換向器。通過(guò)穩(wěn)定精度測(cè)試，驗(yàn)證方案具有較高的穩(wěn)定精度。【關(guān)鍵詞】磁懸浮穩(wěn)定平臺(tái)；驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；控制回路；光柵尺Realization And Control for Azimuth Axis of magnetic levitation inertial stabilization platformYE Tao1，2 DING Nan2 YU Xiao-nan2 DIGN Zhu-shun2（1.Scho

臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光柵尺、運(yùn)動(dòng)控制器、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理軟件組成。校準(zhǔn)裝置可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制與測(cè)量，實(shí)現(xiàn)橋梁撓度儀的自動(dòng)校準(zhǔn)與數(shù)據(jù)處理。電控位移臺(tái)的位移測(cè)量最大允許誤差可達(dá)±0.02mm，可滿(mǎn)足橋梁撓度儀的校準(zhǔn)要求。關(guān)鍵詞：橋梁撓度儀；撓度；光柵尺；步進(jìn)電機(jī)；無(wú)線(xiàn)控制；校準(zhǔn)1　引言橋梁撓度儀主要用于橋梁靜態(tài)、動(dòng)態(tài)撓曲度的測(cè)量以及其他建筑物和構(gòu)筑物的變形及震動(dòng)位移監(jiān)測(cè)。[1]橋梁撓度儀通過(guò)光學(xué)解析系統(tǒng)將待測(cè)光信號(hào)解析至線(xiàn)陣CCD上，通過(guò)測(cè)量檢測(cè)靶標(biāo)

3）絕對(duì)式直線(xiàn)光柵尺可靠性預(yù)計(jì)*張立華，吳宏圣（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，長(zhǎng)春 130033）為了能夠準(zhǔn)確有效地評(píng)估現(xiàn)有絕對(duì)式光柵尺的可靠性，對(duì)當(dāng)前絕對(duì)式光柵尺的可靠度能夠有一個(gè)定量的分析，因此對(duì)目前某型號(hào)絕對(duì)式光柵尺進(jìn)行了研究。首先，建立了可靠性模型，然后，引入了相似比較法和國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB/Z299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》中常用的元器件應(yīng)力法對(duì)該光柵尺進(jìn)行了詳細(xì)的預(yù)計(jì)，定量地預(yù)測(cè)其可靠性水平，最后，給出了預(yù)計(jì)結(jié)果，對(duì)預(yù)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了

轉(zhuǎn)換法的正弦波光柵尺位移測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)*范國(guó)鵬1，周莉1*，殷明2，李振華1，蔣濤1，周文慶1（1.安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽淮南232001；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州221116）光柵尺作為高精度位置測(cè)量?jī)x器，其分辨率受制于超精密的空間刻劃技術(shù)，測(cè)量精度急需通過(guò)電子學(xué)細(xì)分法來(lái)提高。為此，提出了“時(shí)空轉(zhuǎn)換”的思想:借助于載波調(diào)制理論，引入了恒定的時(shí)空當(dāng)量，將對(duì)空間位移的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)信號(hào)瞬時(shí)周期的測(cè)量。首先，進(jìn)行了時(shí)空轉(zhuǎn)換法的數(shù)學(xué)

00敞開(kāi)式直線(xiàn)光柵尺對(duì)于許多應(yīng)用，極高的可靠性和較大的安裝公差甚至比精度還要重要。海德漢現(xiàn)在為這類(lèi)應(yīng)用提供一種全新的絕對(duì)位置測(cè)量的敞開(kāi)式直線(xiàn)光柵尺。LIC 2100的特點(diǎn)是安裝非常簡(jiǎn)單，其簡(jiǎn)潔的安裝面機(jī)械結(jié)構(gòu)使其易于安裝在機(jī)器中。而且，精度高達(dá)±15μm。事實(shí)上，海德漢允許相當(dāng)大的安裝公差。讀數(shù)頭與光柵尺間的間隙最大可達(dá)1 mm（如用背膠固定時(shí)安裝間隙為0.75 mm±0.5 mm，如果用鋁架固定時(shí)為0.75而且橫向偏移允許±1 mm。相對(duì)光柵尺，讀數(shù)頭圍

絕對(duì)式敞開(kāi)直線(xiàn)光柵尺保證高精度的位置測(cè)量及運(yùn)動(dòng)速度控制（見(jiàn)圖2）。圖1 全新DRB 610 1+1 PCB 鉆銑機(jī)技術(shù)先驅(qū)圖2 LC 4100 絕對(duì)式直線(xiàn)光柵尺LENZ 擁有超過(guò)40年生產(chǎn)這類(lèi)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，是歐洲首批專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)PCB 鉆孔機(jī)的公司之一。該公司持續(xù)的高質(zhì)量、極高的客戶(hù)導(dǎo)向，特別是創(chuàng)新和開(kāi)創(chuàng)性的機(jī)床結(jié)構(gòu)在市場(chǎng)上獲得了廣泛認(rèn)可。LENZ 是第一家發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)較新的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在PCB 鉆孔機(jī)上應(yīng)用潛力的企業(yè)，自1994年以來(lái)，該公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了直線(xiàn)電機(jī)

0006）引言光柵尺廣泛運(yùn)用于精密儀器設(shè)備［1－2］，它的精度對(duì)全自動(dòng)設(shè)備發(fā)揮著非常重要的作用［3－4］。就功能而言，光柵尺分為增量式和絕對(duì)式，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，絕對(duì)式光柵尺具有越來(lái)越大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻^對(duì)尺具有增量式光柵尺所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)：上電后直接得到當(dāng)前位置信息，無(wú)需“歸零”操作，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；絕對(duì)位置在讀數(shù)頭中完成，無(wú)需后續(xù)細(xì)分電路；采用雙向串行通信技術(shù)，通信可靠［5］。但是絕對(duì)尺昂貴的價(jià)格和粗大的結(jié)構(gòu)尺寸，還不能夠廣泛運(yùn)用于自動(dòng)化［6］。因此絕對(duì)光

法運(yùn)行了，查明光柵尺發(fā)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。該光柵尺位于床身內(nèi)部，上層還有導(dǎo)軌和工作臺(tái)，下手空間極為有限。咨詢(xún)森精機(jī)公司，他們答復(fù)從來(lái)沒(méi)拆過(guò)，也說(shuō)不出如何拆下來(lái)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀(guān)察和認(rèn)真分析，決定探索著進(jìn)行拆除和最終的修理。首先，需要屏蔽該軸的光柵尺，具體來(lái)說(shuō)就是將參數(shù)1815、2002、2018 的Z向位，由“1”置為“0”。將參數(shù)2024 的Z向位，由“10000”置為“12500”、將參數(shù)2085 的Z向位，由“2”置為“5”、將參數(shù)2185 的Z向位，由“40”置

用。2. 機(jī)床光柵尺故障維修筆者單位有一臺(tái)西班牙臥式加工中心，使用中旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)出現(xiàn)“從動(dòng)編碼器故障報(bào)警”。該軸不能正常旋轉(zhuǎn)，該加工中心配西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)，這個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)是交流伺服軸帶圓光柵尺結(jié)構(gòu)；經(jīng)過(guò)診斷連接線(xiàn)路和機(jī)械結(jié)構(gòu)都沒(méi)有問(wèn)題，問(wèn)題在光柵尺內(nèi)部。解體光柵尺發(fā)現(xiàn)光柵尺內(nèi)的玻璃碼盤(pán)脫落。該故障可直接更換光柵尺解決。問(wèn)題是這個(gè)故障兩年前就發(fā)生過(guò)，為什么會(huì)產(chǎn)生這個(gè)故障？經(jīng)過(guò)查閱光柵尺的資料，找到光柵尺工作的環(huán)境的技術(shù)要求。解體兩個(gè)光柵尺分析發(fā)現(xiàn)光柵尺內(nèi)部有少

位置反饋是采用光柵尺全閉環(huán)位置反饋系統(tǒng)，由于在機(jī)床維修測(cè)試過(guò)程中，沒(méi)有給定坐標(biāo)移動(dòng)指令，A 軸位置讀數(shù)的變化是由于光柵尺讀數(shù)頭和光柵尺之間有微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的。造成A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因有以下幾種:(1)機(jī)械部件出現(xiàn)問(wèn)題，消隙機(jī)構(gòu)的碟形彈簧失效，彈力不夠，齒輪間隙大，在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸頭不可避免的有一定的振動(dòng)，導(dǎo)致A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng);(2)讀數(shù)頭安裝不牢固，在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有抖動(dòng);(3)讀數(shù)頭或光柵尺有問(wèn)題，導(dǎo)致讀數(shù)

梁 兵距離碼光柵尺在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用■河南平原光電有限公司 （焦作 454001） 王玉功 梁 兵摘要：分析使用帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志的線(xiàn)性測(cè)量系統(tǒng)的好處、工作原理、安裝調(diào)整及在幾種常用的數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用方法與故障排除。近幾年，使用距離碼光柵尺的數(shù)控機(jī)床正逐漸增多。這種光柵尺帶有距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志（distance-coded reference），使用帶距離編碼參考點(diǎn)標(biāo)志的線(xiàn)性測(cè)量系統(tǒng)，可以不必為返回參考點(diǎn)而在機(jī)床上安裝減速開(kāi)關(guān)，并返回一個(gè)確定的機(jī)床參考點(diǎn)

0 引言絕對(duì)式光柵尺是一種絕對(duì)式線(xiàn)位移光電編碼器，能通過(guò)串行通訊協(xié)議以數(shù)字形式向外提供位置信息。絕對(duì)式光柵尺在工業(yè)控制和測(cè)量領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。在機(jī)床加工過(guò)程中，電磁干擾，電機(jī)振動(dòng)，加工振動(dòng)等會(huì)在一定程度上影響絕對(duì)式光柵尺的測(cè)量精度，是輸出的位置信息與實(shí)際位置有一定偏差。為了研究自主研發(fā)的絕對(duì)式光柵尺抗干擾程度，與國(guó)外海德漢LC183 型號(hào)的絕對(duì)式光柵尺進(jìn)行了比較測(cè)試，通過(guò)分析兩者在相同環(huán)境下，靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)位置的波動(dòng)偏差，即可以得到自主研發(fā)的絕對(duì)式光柵尺的抗干

略布局。絕對(duì)式光柵尺作為機(jī)床重要的功能部件之一，是高檔數(shù)控機(jī)床所必備的[2]，因而絕對(duì)式光柵尺研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作勢(shì)在必行，然而其研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化過(guò)程需要技術(shù)、工藝和裝備的支撐。精度檢測(cè)設(shè)備完成絕對(duì)式光柵尺產(chǎn)品的總成精度檢測(cè)，它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量嚴(yán)格控制和精度等級(jí)分類(lèi)具有重要意義，同時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)用戶(hù)使用光柵尺也非常重要。目前市場(chǎng)上測(cè)長(zhǎng)設(shè)備并不能滿(mǎn)足測(cè)量精度和測(cè)量長(zhǎng)度的要求，因此精度檢測(cè)設(shè)備需針對(duì)絕對(duì)式光柵尺產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)。根據(jù)絕對(duì)式光柵尺精度檢測(cè)的具體要求，本文對(duì)精度檢測(cè)

其穩(wěn)定性。直線(xiàn)光柵尺對(duì)數(shù)控機(jī)床各線(xiàn)性坐標(biāo)軸進(jìn)行全閉環(huán)控制，消除上述誤差，提高機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度以及精度可靠性，作為提高數(shù)控機(jī)床位置精度的關(guān)鍵部件正日益受到用戶(hù)的青睞[1]。直線(xiàn)光柵尺分為增量式光柵尺與絕對(duì)式光柵尺，安裝絕對(duì)式光柵尺的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床重新開(kāi)機(jī)后無(wú)需執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作，就立刻重新獲得各個(gè)軸的當(dāng)前絕對(duì)位置值，可以馬上從中斷處開(kāi)始繼續(xù)原來(lái)的加工程序，大大地提高數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間。在全閉環(huán)的高檔數(shù)控系統(tǒng)中已經(jīng)普遍使用絕對(duì)式光柵尺和絕對(duì)式光

檢測(cè)元件主要有光柵尺，編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器，測(cè)速發(fā)電機(jī)等。對(duì)于高精度的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光柵尺是必不可少的檢測(cè)元件，由它來(lái)測(cè)定數(shù)控系統(tǒng)的位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)給CNC裝置，它直接影響著數(shù)控機(jī)床的加工精度。海德漢光柵尺在機(jī)加工設(shè)備中的應(yīng)用最為廣泛，且很具有代表性。一、光柵尺構(gòu)成與工作原理1.光柵尺構(gòu)成德國(guó)HEIDENHAIN公司是世界著名的光柵生產(chǎn)廠(chǎng)家，其技術(shù)、品種、產(chǎn)量和市場(chǎng)占有率都居世界領(lǐng)先水平，目前絕大多數(shù)全閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床上均配套該公司的產(chǎn)品。HEID

術(shù)難題。例如，光柵尺丟脈沖導(dǎo)致加工尺寸偏移，F(xiàn)ANUC 伺服放大器模塊失效導(dǎo)致加工尺寸偏移等。本文通過(guò)介紹數(shù)控加工中心光柵尺測(cè)量鏈路丟脈沖導(dǎo)致批量工廢問(wèn)題的解決方法，給大家呈現(xiàn)一種類(lèi)似問(wèn)題的有效的解決途徑。1.背景介紹統(tǒng)計(jì)動(dòng)力總成車(chē)間2010年至今歷次工廢問(wèn)題，其中光柵尺測(cè)量鏈路丟脈沖這一問(wèn)題，占了67%。按照工廢數(shù)量劃分，這一比例占到了75%。因這一問(wèn)題的爆發(fā)，隱蔽性較強(qiáng)，排查難度大，且一旦發(fā)生，影響面廣，在目前汽車(chē)業(yè)大批量生產(chǎn)的背景下，這一問(wèn)題，所帶來(lái)

18)?正弦波光柵尺信號(hào)的方波相移式細(xì)分法及應(yīng)用*鄭忠杰,陳德傳*(杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,杭州 310018)針對(duì)正弦波式光柵尺幅值相位細(xì)分法中對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理要求高、軟件計(jì)算復(fù)雜、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等問(wèn)題,提出了一種基于方波相移的光柵尺信號(hào)檢測(cè)方法。該方法先將正弦波轉(zhuǎn)換成方波,再?gòu)膬陕贩讲ㄐ盘?hào)的相對(duì)相位位移中提取出光柵尺位移信號(hào),電路簡(jiǎn)單,軟件處理容易,細(xì)分精度取決于微處理器主頻,對(duì)光柵尺信號(hào)的正弦近似程度要求不嚴(yán)格。此外,當(dāng)光柵尺柵距在滿(mǎn)足一定條件下與永磁

信號(hào)輸出的直線(xiàn)光柵尺和角度編碼器的選擇，確保定位精度準(zhǔn)確。得益于它們面向?qū)嶋H應(yīng)用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)用性的高精度和可定義的溫度特性，使海德漢光柵尺或和角度編碼器能確保滿(mǎn)足不同測(cè)量任務(wù)和安裝條件要求。海德漢光柵尺和編碼器抗污染能力強(qiáng)和可靠性高，因此能確保長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障工作，是構(gòu)筑高效生產(chǎn)的牢固基礎(chǔ)。同時(shí)，新機(jī)器和新系統(tǒng)對(duì)于更高的系統(tǒng)安全性、生產(chǎn)量和相互交錯(cuò)的制作工藝有著越來(lái)越強(qiáng)烈的需求。海德漢公司帶有絕對(duì)位置信號(hào)輸出的光柵尺和編碼器在提高生產(chǎn)和加工過(guò)程的效率和可靠性

最初判斷故障由光柵尺和編碼器引起。按機(jī)床操作面板上的程序編輯鍵 ，再按“MOD”鍵，輸入制造商密碼95148，然后按“ENT”鍵確認(rèn)，進(jìn)入機(jī)床參數(shù)界面。然后按 鍵，輸入?yún)?shù)MP110.0（該參數(shù)設(shè)置為0，關(guān)閉光柵尺；設(shè)置為X1，X軸光柵尺電纜插在主計(jì)算機(jī)mc422的X1接口；設(shè)置為X2，X軸光柵尺電纜插在主計(jì)算機(jī)mc422的X2接口），按“ENT”鍵確認(rèn)，搜索參數(shù)。將參數(shù)MP110.0的值由201改為0，屏蔽光柵尺狀態(tài)。按鍵結(jié)束，退出系統(tǒng)，關(guān)閉機(jī)床重新啟動(dòng)

測(cè)量系統(tǒng)：直線(xiàn)光柵尺：FUTABA；X軸：FMC80ZFJKJ；Y軸：FMC60iAAEJ；Z軸：FMC55iAACB。圖1 2.故障描述操作工送檢零件號(hào)為0640388的工件時(shí)，測(cè)量至曲軸腔供油孔時(shí)測(cè)針卡死，再次分開(kāi)測(cè)量，單程序測(cè)噴油嘴安裝面孔可以，單測(cè)曲軸腔供油孔H630時(shí)測(cè)針卡死，因80C共有六把刀依次進(jìn)行加工，T1～T4號(hào)刀先加工噴油嘴安裝面孔，T5～T6號(hào)刀加工曲軸腔供油孔，由此可推斷0640388的工件在前四把刀加工完噴油嘴安裝面及孔后位置發(fā)生

說(shuō)一下普通增量光柵尺和帶距離碼參考標(biāo)記的增量式光柵尺的區(qū)別:普通增量光柵尺是周期性的光柵刻線(xiàn)，只有間隔不變的“零點(diǎn)標(biāo)記”刻度與增量計(jì)數(shù)刻度，位置信息是通過(guò)計(jì)算自某點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)獲得的，而這個(gè)計(jì)數(shù)的起始點(diǎn)必須要通過(guò)機(jī)床回參考點(diǎn)來(lái)確定。帶距離參考標(biāo)記的增量光柵尺增加了位于“零點(diǎn)標(biāo)記”之間的“距離碼參考標(biāo)記”刻度，距離碼參考標(biāo)記的間隔一般比零點(diǎn)標(biāo)記的間隔大一個(gè)柵距(如0.02 mm)，使得它與相鄰零點(diǎn)標(biāo)記的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)這一變化來(lái)區(qū)分當(dāng)前組增量

場(chǎng)合，一般使用光柵尺作為速度、位移檢測(cè)元件，它的測(cè)量精度高，可達(dá)幾微米［1］。為提高光柵尺的分辨率，傳統(tǒng)做法是利用數(shù)字邏輯芯片對(duì)光柵尺的輸出信號(hào)進(jìn)行4倍頻和辨向［2］，然后再傳送給后續(xù)處理單元。近年來(lái)也有人用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)來(lái)實(shí)現(xiàn) 4倍頻和辨向功能［3、4］，這樣雖然精簡(jiǎn)了元器件，但 FPGA本身成本也較高。STM32F103VE是意法半導(dǎo)體公司推出的面向工控領(lǐng)域的高性?xún)r(jià)比的32位微處

常見(jiàn)故障（1）光柵尺污染和光柵尺的光源故障。具體表現(xiàn)為：①直接報(bào)警，測(cè)量裝置污染（西門(mén)子3系統(tǒng)）或軸硬件故障（ACRAMATIC 950系統(tǒng)）。②若光柵尺整體污染或在某一段受污染，光柵尺將檢測(cè)不到位移信號(hào)，此時(shí)移動(dòng)機(jī)器，機(jī)器將以極高速度（明顯超過(guò)設(shè)定速度）移動(dòng)，但無(wú)相應(yīng)移動(dòng)量坐標(biāo)值顯示，并會(huì)發(fā)生指令值過(guò)高、夾緊檢查等報(bào)警（西門(mén)子3、850等系統(tǒng)）。③早期制造、使用傳統(tǒng)燈絲燈泡作光源的光柵尺，光源有一定使用壽命，長(zhǎng)期工作燈絲會(huì)燒斷，發(fā)生類(lèi)似于②的故障及相應(yīng)報(bào)

213164)光柵尺(Linear Encoders)是全閉環(huán)位置控制數(shù)控機(jī)床最為常用的檢測(cè)器件之一，通過(guò)光柵尺的直接位置檢測(cè)，不僅可以減小反向間隙、滾珠絲杠制造誤差對(duì)機(jī)床精度的影響，而且能在一定程度上補(bǔ)償絲杠的熱變形，提高機(jī)床精度;使用絕對(duì)光柵尺，還可省略增量光柵尺所必需的開(kāi)機(jī)回參考點(diǎn)操作，使操作更便捷。數(shù)控機(jī)床目前所使用的光柵尺有增量光柵尺、絕對(duì)光柵尺及帶“距離碼參考標(biāo)記”增量光柵尺3類(lèi)，其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、用途及使用方法各不相同，本文將對(duì)此進(jìn)行分析與說(shuō)明。

。在此背景下，光柵尺測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。光柵尺，屬光電傳感器，多運(yùn)用在精密機(jī)加工和數(shù)控機(jī)床上，用來(lái)精密測(cè)量物體的位移，是現(xiàn)代測(cè)量領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一種傳感器。光柵尺測(cè)量系統(tǒng)以高精度、高穩(wěn)定性、大量程、可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)在當(dāng)今測(cè)量系統(tǒng)中占有明顯的優(yōu)勢(shì)，并成為我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化重點(diǎn)推廣的技術(shù)。文中基于AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套數(shù)字光柵數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)使用ATMEL公司的ATmega16L單片機(jī)作為核心的微控制器來(lái)控制各個(gè)功能模塊。主要功能模塊有定時(shí)器模塊、串口數(shù)據(jù)

盧國(guó)綱絕對(duì)式光柵尺和編碼器是當(dāng)代位移傳感器發(fā)展主流—CIMT2011精密位移傳感器評(píng)述中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)顯分會(huì) 顧問(wèn) 盧國(guó)綱一、前言今年在北京舉辦的第十二屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì) （CIMT2011）匯集了高檔數(shù)控機(jī)床和世界先進(jìn)制造技術(shù)的最新成果，展示了當(dāng)代機(jī)床精密測(cè)量和控制技術(shù)的發(fā)展方向，作為高檔數(shù)控機(jī)床不可分離的光柵位移傳感器也是最先進(jìn)、水平最高的。這屆展會(huì)上光柵位移傳感器制造廠(chǎng)商德國(guó)的HEIDENHAIN（海德漢）、西班牙的FAGOR （發(fā)格）、日

目 措 施檢查光柵尺密封氣壓是否正常，重新清洗光柵尺，如有必要，更換新的光柵尺注意：光柵尺密封這一路氣，建議增加過(guò)濾和干燥器測(cè)量系統(tǒng)主軸及刀具 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)備狀態(tài)檢查在設(shè)備斷電上電兩個(gè)過(guò)程中，伺服軸是否有跳動(dòng)檢查A、B軸重復(fù)定位精度（如果檢測(cè)單元帶有光柵尺，可以的話(huà)，建議將光柵尺脫開(kāi)）抱閘是否正常；架表在設(shè)備上，重復(fù)回HOME,確認(rèn)HOME位置是否正常檢查 X、Y、Z 軸重復(fù)定位精度（如果檢測(cè)單元帶有光柵尺，可以的話(huà)，建議將光柵尺脫開(kāi)）脫開(kāi)光柵尺后，如果發(fā)