提高嵌入式时栅传感器精度的测头设计方法

为了提高嵌入式时栅传感器的测量精度,结合传感器自身的特点,从布置方式和数据处理方式两方面设计了特殊的测头结构。首先利用谐波分析确定传感器误差的主要频次,然后分别针对长短周期的误差采用多组测头对径和间隔特定空间角度的测头布置方式,测头之间采用数字量相加的数据处理方式,最后通过实验验证了这种测头结构和数据处理方式的有效性。结果表明,与单测头结构相比,这种方式将长周期误差降低了75%,短周期误差降低了83.6%,更有效地提高了嵌入式时栅传感器的测量精度。     

光强正交调制型位移传感器的数学模型与误差分析

针对传统光学位移测量方法对环境要求高和制造精度难以提高等问题,提出了一种以交变光场为测量媒介的新型线性位移检测方法。基于提出的方法,设计了一种光强正交调制型位移传感器。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号,通过对行波信号时间先后的测量实现空间位移的测量。为了深入理解传感器的传感机理,推导了传感器的测量模型,分析了与传感机理相关的关键因素对测量误差的影响。根据测量原理和测量模型的理论分析,研制出传感器原理样机,通过实验测试了各种关键因素对测量误差的影响,并进一步优化设计了传感器结构与参数。实验显示,优化后的传感器在108mm测量范围内的测量精度达到±0.5μm,是一种新的无需精细刻划的位移检测方案。     

基于STM32F4的时栅数控分度转台控制系统设计

为了提高时栅位移传感器数控转台的控制定位精度,针对步进电机载物运动时的高频出力不足、低频振动、失步、堵转等现象,提出了一种基于STM32F4的数控分度转台控制系统。系统通过对硬件、软件的设计建立了以STM32F4微处理器为控制核心、时栅角位移传感器为反馈元件的全闭环控制系统,有效的解决了步进电机的精确控制问题。经实验验证,实现了高稳定性、高速度、高精度的时栅数控转台定位,定位精度达到了±2＂。     

基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计

设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。     

基于ARM和FPGA的三维精密定位控制系统

针对基于步进电机驱动三维定位机械载物工作台的定位精度、定位速度问题,该设计在低成本的步进电机驱动的机械载物工作台的基础上,建立以光栅尺为测量反馈元件的全闭环系统,解决了ARM和FPGA的响应速度瓶颈问题,并通过时间细分克服了采用步进电机进行微步驱动时易出现的"爬行"和步距角过大的现象,实现了大行程、高速度、高精度(±1 μm)的三维定位,并将其应用到三坐标测量机上.该系统硬件结构简单、可靠性强;并且可以灵活的实现定制应用.     

基于加工测量一体化工艺的新型蜗轮副母机研制

提出"正、逆向适应改造"新思想:在用时栅传感器对仪器进行"极限指标"改造的同时,也对仪器应用对象——装备和工艺进行逆向改造:使装备能配合仪器完成现场复杂环境下的"特殊检测",工艺能配合仪器实现对加工过程的"超常指导".介绍了"仪器单元"及其与新型蜗轮副母机相嵌入的设计思想,使装备能够满足加工测量一体化工艺,既能在现场复杂环境下发现误差规律并自检确认,又能指导用误差诱导重塑与自我精准抵消的创新工艺去实现极高精度.目标成果:嵌入了仪器单元、执行加工测量一体化工艺、且产品为成套蜗轮副而不仅是蜗轮的新型蜗轮副母机.     

基于LabVIEW的时栅位移传感器误差曲线自动拟合与修正

在时栅位移传感器的研制过程中,提出了一种基于LabVIEW的传感器误差修正和补偿方法,并在LabVIEW环境中实现时栅位移传感器测量的误差曲线分析和拟合算法,提高了时栅传感器的精度.     

直线式时栅位移传感器

基于提出的时空坐标转换方法,分析用此方法实现直线位移测量的原理,给出行波磁场下感应信号的数学模型,并对直线时栅位移传感器结构进行设计.     

基于单个时栅读数头冗余采样的自标定方法

极端、特殊应用场合中工作的嵌入式时栅,受恶劣工作环境影响,其安装状态、电气参数等容易发生非预期的变化,进而导致其测量精度下降。在这些应用场合,通常缺乏高效安装比对标准器的条件,难以频繁在线标定以保持其测量精度。针对这一问题,提出一种单个时栅读数头即可实现的自标定方法,该方法利用冗余采样序列中提取的具有固定初始位置差的多组采样序列与系统误差函数的映射关系,解算出包含安装误差在内的传感器系统误差。在工程应用现场,以某大型回转机床为对象,搭建了自标定应用平台。实验结果表明,该自标定方法能够有效补偿传感器的短周期系统误差,使其测量误差峰峰值由约450″降低到约33″,其中,自标定方法有效的误差频次残余误差不超过1%。分析并验证了该自标定方法有效的条件,为后续研究中针对特定应用场合准确选择最适合的自标定方法提供了可靠的理论依据。     

调频式可编程信号发生器的研制

以调频可编程脉冲信号发生器的研制为例 ,介绍了一种新型的信号发生器的原理、特点及应用效果