精密宏微復(fù)合絕對光柵位移傳感器采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、在精密位移或者角度測量中，光柵尺作為其重要的工具，目前在數(shù)控機(jī)床、光電經(jīng)緯儀、雷達(dá)中廣泛地使用。其中絕對式光柵尺是精密位移測量的核心器件之一，也是我國科技研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。決定絕對式光柵尺位移測量精度的因素較多，其中主要取決于它關(guān)鍵部件的性能。位置信息采集系統(tǒng)的性能直接決定絕對光柵位移傳感器位移的解碼精度及其測量精度。宏微復(fù)合的光柵位移采集系統(tǒng)能夠很好地解決傳統(tǒng)光柵尺的最大允許測量速度與其測量分辨率成反比及其歸零復(fù)位操作的問題。為了保證宏

2、微復(fù)合的光柵位移采集系統(tǒng)能夠高速、高效率、高實(shí)時性、高可靠性的設(shè)計(jì)要求，本文結(jié)合了增量采碼的高速性與CMOS圖像傳感器采集絕對碼的高清晰度與高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。通過利用增量方式采集莫爾條紋的高速性，解決高精度絕對位置編碼采集的低速性，實(shí)現(xiàn)宏微復(fù)合的高速采碼。本文以精密宏微復(fù)合絕對光柵位移傳感器編碼采集系統(tǒng)為對象，主要開展以下這幾方面的研究工作:
　　本文在研究FPGA驅(qū)動方法、CMOS圖像傳感器高速采集技術(shù)和光柵尺位置信息采集系統(tǒng)工作

3、原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)絕對位移編碼圖像采集及其編碼解碼的實(shí)際需要，完成了絕對編碼圖像的采集功能的硬件電路設(shè)計(jì)與軟件的實(shí)現(xiàn)，同時通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硬件電路的邏輯功能，可以實(shí)現(xiàn)正確的采碼。根據(jù)絕對光柵位移傳感器解碼的實(shí)時性測量需求，結(jié)合后端DSP解碼時間，CMOS圖像傳感器開窗掃描（提高其掃描速度），圖像的灰度化等處理實(shí)現(xiàn)了CMOS圖像傳感器采碼與DSP解碼的速度匹配。針對絕對光柵位置信息采集速度性能研究，通過差動去直流分量與正余弦信號方波處理

4、電路將模擬信號轉(zhuǎn)化為FPGA需要的數(shù)字信號，結(jié)合在FPGA內(nèi)設(shè)置了速度判斷切換模塊，來實(shí)現(xiàn)增量位置信息采集在高速環(huán)境下工作，合理切換到絕對碼道的低速采集，從而來實(shí)現(xiàn)宏微復(fù)合絕對光柵位移傳感器編碼采集系統(tǒng)的較高速位置信息采集?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)好的采集系統(tǒng)，同時還進(jìn)一步進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與分析，絕對編碼采集的實(shí)時性能夠滿足后端DSP的解碼需求，同時在測量中使用這種新型高速與低速的變速切換采集模式，綜合測量速度最高可以達(dá)到2m/s。采集到的編碼圖像