光栅传感器细分技术的研究

光栅传感器输出信号的细分技术是实现高分辨率位移光栅测量的关键技术。利用正切函数曲线在最开始一段区间线性度较好适合高倍数细分的特点,把该区间的正切值细分并制成与细分数相对应的数据表。建立实际的李沙育圆与标准圆的转换关系,把实际测得的信号转换成标准圆中的数值。通过查表来获取准确的细分值,有效的提高了运算速度,细分倍数提高到两千份,使分辨率达到了纳米级的测量水准。通过实验测试,在测量过程中没有出现丢失数据的现象,计数稳定、准确。     

基于FPGA实现光栅莫尔条纹高倍细分

对光栅莫尔条纹高倍细分技术进行研究。基于FPGA技术,采用基于FPGA的反正切函数优化算法,实现了正切函数法高速、高精度、高倍细分,通过仿真及实验表明,该系统细分倍数高、测量响应速度快,能满足高速、高精度的位移测量系统要求。     

粗光栅信号全数字化处理法实现高倍数细分

针对在粗光栅软件细分中的信号误差影响细分数的问题,提出了按细分的主要误差来源分类进行数字滤波和补偿的全数字化处理法,以达到粗光栅高精度测量的要求。首先对光栅测量信号进行有针对性的数字滤波,使其波形接近于理想状态。然后根据误差来源进行数字补偿,通过对软件数字细分原理的分析,推导出了原始信号不正交、幅值不等、谐波失真等误差影响细分结果的表达式,并提出了与此相对应的数字补偿方法。最后用软件细分法对测量信号进行高倍数数字细分。滤波前后波形信号的仿真比较结果验证了基于严格线性相位的FIR数字带通滤波器可以有效地屏蔽光栅信号频谱中的高低频干扰和噪声。研究结果表明,在粗光栅满足一定质量的前提下,利用全数字化处理法能够满足500细分的精度要求。     

基于时空域变换和动态预测的光栅信号细分方法

为了提高光栅信号的细分倍数和细分精度,提出一种基于时空域变换和动态预测的光栅信号细分方法。根据光栅栅距与电信号周期的对应关系,利用该电信号过零点触发时间采样,完成空间基准向时间序列的转化。通过时间序列分析建立动态预测模型,预测下一个采样时间,并在预测时间内发送光栅信号细分脉冲。实验表明,细分倍数为400和800时的角位移细分误差均为±1. 2″,且光栅运动加速度及其变化率越小,细分误差越小。     

单片机在幅值分割细分法上的应用

本文就莫尔条纹的细分方法进行了详细的讨论,并针对幅值分割细分法电路复杂、细分数低的特点,对其进行了改进,将单片机技术和A/D技术引入幅值分割细分电路中,既简化了细分电路又提高了细分数,具有在不改变电路的情况下,可随意调整细分数的优点。文中给出了单片机用于幅值分割细分法的硬件电路方案和程序框图,此原理已被用于光栅千分表和光栅测角系统的细分电路中。     

Doo-Sabin细分曲面的圆角算法

给出了常用旋转曲面的细分表示方法并以此提出了Doo-Sabin曲面的圆角算法。首先根据给定的圆角值插入圆角线并重新进行特征标识和权值分配,产生新的控制网格,再用改进的Doo-Sabin模式细分,从而生成有圆角特征的细分曲面。即使多条圆角边交于一点且采用不同的圆角值,也能得到G1连续的过渡曲面。本算法可以实现多面体曲面的等半径圆角过渡;对一般曲面,也可以取得较好的过渡结果。     

光电轴角编码器细分信号误差及精度分析

高分辨力光电编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号,通过细分达到高分辨力.为使细分技术更加完善,本文对细分误差进行了专题研究.分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析,通过对细分误差的特性分析,得出了误差规律及其计算公式,形成了比较完整的光电编码器细分误差及精度分析的数理结果.结果表明,一般情况下细分精度在1.5％左右.文章指出,利用码盘精码通过细分提高分辨力,应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响.研究结果可用于在产品设计时,合理进行误差分析与分配,预估产品的精度,为减小设计误差提供参考.     

微机高倍数光栅信号细分技术及应用

微机高倍数光栅信号细分技术及应用合肥工业大学精密仪器系孟超，胡生清一、前言光栅计量技术被誉为传感技术从模拟发展到数字化的一项重要技术，其应用范围越来越广。目前国内外在位置精密测量中长光栅栅距一般在８μｍ以上，圆光栅角节距多在２０″以上。但光栅测长分辨...     

精密位移动态测量信号特征辨识及细分新方法研究

针对数字化精密机械测量仪器和装备需要解决位移传感器信号的高倍数、高精度细分问题,通过对光栅位移测量模型的研究提出采用测量基准转换的思维方式构建空间序列理论。通过对各运动状态条件下精密位移动态测量信号的多尺度分解实现特征辨识,从而构建用于动态位移信号细分的自适应预测模型及相关细分误差实时修正技术。实验研究表明此方法可以实现圆光栅栅距内400倍细分,角位移细分误差-0.19″~0.27″。     

基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法*

针对在现有的光栅细分方法中,细分精度和细分倍数受光栅输出信号质量制约的问题,提出了一种基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法。基于时空域变换原理将空间域的信息变换到时间域,将传统的等时间采样转换为等空间采样得到空间序列,然后根据灰色预测理论模型预测代表光栅空间位移信息的时间量,通过模型残差检验和修正算法不断提高预测的准确度,最后以时间脉冲方式输出光栅细分信号。实验研究表明,采用灰度预测模型对光栅信号实现预测的软细分方法,不受信号的正弦性、正交性和等幅性影响,细分误差精度可以达到±1.8″,细分精度优于信号周期的±5%。     

小型光电编码器细分误差校正方法

为提高小型光电编码器精度,设计了精码莫尔条纹信号细分误差校正方法.首先建立存在直流分量、幅值误差、波形畸变的精码光电信号的波形方程,然后利用牛顿迭代法将两路精码细分信号校正至标准的正弦和余弦信号,最后建立两路信号间的正交性误差模型,通过最小二乘法求解出正交性误差校正参数.运用本文的细分误差校正法对某16位小型绝对式光电编码器进行误差校正处理,经测试,细分误差峰峰值由校正前的160″减小到校正后的48″.实验结果表明:研究的误差校正方法可以有效地减小细分误差、提高编码器精度,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义.     

莫尔条纹信号相位误差补偿

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法.在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式.根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素.仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度.     

机床导轨精度标注方法的探讨

机床导轨的精度要求一般有三项:1导轨在垂直平面内的直线度;2导轨在水平平面内的直线度;3导轨的平行度。这三项精度的标注方法,在有关机床精度标准中已经有了明确的规定。导轨在垂直平面内的直线度,一般是用线值法表示,例如,直线度允差为每米 0.02 mm,全长 0.04 mm;也有以角值法来表示的,如允差为0.02 mm/1000mm。机床导轨在水平面内的不直度,一般也以线值法表示。例如,允差值每1000 mm上为 0.02 mm,全长为 0.03 mm。导轨的平行度,一般以角值法表示,例如,允差值为每米0.02 mm/1000 mm,全长 0.04 mm/1000mm。 有些工厂的修理工艺所标注的导轨…     

应用于干涉显微镜的直线压电作动器

提出了应用于干涉显微镜焦距调节的直线压电叠堆作动器和微动台.介绍了基于三角位移放大原理的压电作动器结构设计,利用ANSYS的APDL语言实现了对作动器钢架结构的建模,并采用Optimus中自带的差分进化算法(DE)对其结构尺寸进行了优化.制作了实验样机,激光干涉实验表明:当驱动电压信号幅值为40～100 V时,作动器位移放大倍数可以达到7.最后,将设计的直线作动器作为驱动核心安装在自行设计的微动台上,然后将组成的系统用于光学干涉显微镜.实验显示,整个系统在电压为24～40 V,阶梯增量电压为0.8V时,步进分辨率可达23 nm,满足干涉显微镜细分干涉条纹所需要的直线位移分辨率的要求.     

基于微机时钟脉冲的新型硬件细分原理研究

提出了基于微机时钟脉冲的四种新型硬件细分原理 ,给出了用于机床传动链误差实时测量与补偿时的调制型传感器信号处理的相应硬件细分实现方案 ,可使测量分辨率较直接细分法提高 2～ 3个数量级 ,并进一步分析了其特点及适用场合     

细分曲面五轴数控加工基础技术研究

探讨了细分曲面五轴数控加工基础技术.以Catmull-Clark细分曲面为研究目标,首先讨论细分曲面顶点法矢量计算及等距面实现,然后建立细分曲面粗加工模型;其次对该模型采用环形刀刀轴矢量按曲面法线导动方式进行五轴数控加工,推导了刀具姿态、切削半径及刀位轨迹生成计算,最后给出了计算机仿真的实例.     

基于相位拟合的绝对式光电精密测角方法

单码道绝对式轴角编码器具有分辨力高、结构简单、可靠性强等优点。为实现角度高精度快速识别和细分测量,提出一种基于相位拟合的绝对式编码器角度细分方法。该方法利用最长线性反馈移位寄存器序列(m序列)进行单码道绝对式编码,首先对CCD采样电平信号进行计数,判断码值组合后得到粗码译码数据;接着利用牛顿迭代法实现三角函数拟合从而获取相位信息,并提出基于相位信息的角度细分算法获得细分角度;最后结合粗码数据与细分角度得到角度信息。实验结果表明,提出的新型测角方法测角标准偏差达到4.57″,最小分度误差仅为0.23″,该方法大大提高了分辨力和精度,并且从原理上避免了码盘粗大误差对测角的影响。     

在K96铲齿车床上铲削“圆周齿沟数与螺纹头数不成整倍数的多头蜗轮滚刀”分头方法的革新

一、多头滚刀铲削时一般分头方法“齿沟数与螺纹头数为整倍数的多头蜗轮滚刀”就是说:比如头数是3,圆周齿沟数则为9;头数是5,齿沟数为10;……等等,都是成整倍数的。这种滚刀铲削齿背时的分头方法,与切削蜗杆时的分头方法无异,都是在床头主轴上装上一个分度拨盘(图1),按分度盘的孔分过一个头就行了。     

Loop细分曲面的自适应等距面生成算法与实现

提出一种精确快速生成有边界等距 L oop细分曲面的新算法 ,其核心思想是 :从控制网格顶点在 L oop细分曲面上的位置 ,按照给定的等距值 ,沿其法矢正 (反 )向等距 ,通过解线性方程组求出等距后的控制网格 ,然后检测等距误差 ,对部分超过给定等距精度的控制网格进行局部自适应细分 ,重新生成等距面并检测误差 ,直至整个细分等距曲面满足精度要求 ,所生成的等距细分曲面除局部 C1 外其余 C2 连续。实例表明 :本算法高效稳定 ,生成的等距细分曲面已完全满足实际工程需要。     

基于CCD视频幅值调节器的目标精确定位方法

为了应用固定双阈值法进行边界检测并利用灰度重心法进行像元细分,以实现对点目标的精确定位,设计了线阵CCD 视频幅值调节器反馈控制系统。通过对光积分时间和程控增益2环节的定量数控调节,使光点图像目标的尖峰灰度幅值保持恒定,显著降低了对光源和光路的设计难度和成本。固定双阈值边界检测定位法和传统的二值化方法相比,不需要额外的二值化参考电平硬件电路,系统更加简单可靠,算法更优秀,可以实现小于1/10像元的细分效果,在工程应用上实现了对光点的精确定位。该2变量无级调光数控系统方案对多变量摄像调光系统的设计有重要的参考价值。