提高光电轴角编码器细分精度的改进粒子群算法

为提高光电轴角编码器的细分精度及莫尔条纹光电信号的细分倍数,设计了一种基于改进粒子群算法的信号正弦性修正方法。首先,根据莫尔条纹光电信号的数学模型,分析信号质量指标对细分误差的影响;并从编码器的制作、调试、使用等环节出发,指出信号细分误差产生的根本原因;然后,对改进粒子群算法的基本原理和实现步骤做了具体阐述;最后,以21 位光电编码器为实验对象,依据其精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样,同时应用改进算法对采集的编码器原始光电信号进行数据预处理,通过辨识信号模型中的3 个待定参量,直接实现信号等幅性偏差、稳定性偏差、正交性偏差的修正;对算法处理后的莫尔条纹信号进行细分精度检测,实验结果表明:编码器细分误差峰值由19.08降低到2.86,细分精度明显提高。     

光电轴角编码器莫尔条纹误差信号补偿

为保证光电轴角编码器在恶劣工作环境下的细分精度,提出一种基于Hilbert-Huang变换的误差补偿方法。针对编码器系统受正弦振动引起的测角故障,提出一种莫尔条纹误差信号的数学模型;采用经验模态分解算法,获取误差信号的本征模态函数,分别对本征模态函数进行希尔伯特变换解调分析,提取包含干扰特征的莫尔条纹信号;同时,基于光电轴角编码器的精码信号方波信息,获取精码信号的基波时域频率;提取与基波时域频率匹配的本征模态函数包络分量。以24位光电轴角编码器为实验对象,实验结果表明:编码器莫尔条纹信号动态细分误差峰值由约200降低到1.54左右,细分精度明显提高。     

非均匀采样光电编码器莫尔条纹信号分析方法

为实现高精度光电编码器非匀速转动时动态细分误差的检测,提出了一种基于非均匀采样的莫尔条纹光电信号分析方法.首先,利用曲线拟合的最小二乘法将采集到的编码器非均匀信号数据重构出真实的信号波形.然后,根据离散傅里叶变换算法分析重构信号,同时推导出信号的频率、幅值和相位的计算表达式,运用软件仿真评估算法可行性.最后,采用该方法对某21位绝对式光电轴角编码器精码信号进行分析,根据信号参数与细分误差的关系获得动态细分误差,其细分极值误差为+2.41"和-3.08".实验结果表明,该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实的反应了莫尔条纹信号质量,在编码器非匀速转动时,可有效地测量动态细分误差,为实际工作现场编码器精度误差的实时检测奠定了基础.     

采用小波阈值的时变光栅莫尔信号去噪方法

莫尔光栅的纳米级测量需要对莫尔信号进行高倍细分,而高倍细分的精度往往受到高斯白噪声的影响.将莫尔信号视为稳态模型进行去噪分析与处理时存在信号频率相对固定的缺陷,根据信号的频率是大范围可变的,且噪声分布在整个频率范围内,提出了一种更符合实际的时变模型,并采用小波阈值去噪法对信号进行处理.对时变莫尔信号进行了建模,对小波去噪原理及阈值去噪法进行了分析,经大量实验对比,选用Sym8小波基、分解尺度为6、阈值准则为Heursure的软阈值法去噪效果最好.去噪后,光栅莫尔信号接近理想信号,使莫尔信号的细分倍数达到1 000倍.     

高精度光电编码器莫尔条纹信号质量分析方法

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时,采集相位差为/2 的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后,根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24 位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48和-0.21。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器系统

设计了一种基于莫尔 条纹的光纤惯性式振动传感器,通过光栅对(grating pair)的相对运动产生莫尔条纹实现振 动位移的感知,由4路光纤作 为信号的传输通道将莫尔条纹信息传输至信号处理电路。详细讨论了莫尔条纹与振动信号的 关系,经信号 处理电路以及莫尔条纹细分、方向辨别算法,将莫尔条纹信号转换成振动位移和方向。通过 幅频特性补偿 电路对低频段进行补偿,实现平坦的宽频带频率响应。实验结果表明,传感器的谐振频率为 5.35Hz,通过 补偿后下降至0.05Hz;在0.1～1000Hz频率响应范围内,起伏小于0.011mm。     

莫尔条纹快速细分在光电轴角编码器中的应用

详细介绍了莫尔条纹高插补系数快速细分的原理、硬件设计和软件设计,并将此细分装置应用于光电轴角编码器处理电路中。采用乘法倍频电路可以完成莫尔条纹信号的四倍频,提高了信号的正交性,达到了实验的要求。采用16位CHMOS微控制器80296SA进行软件8 192份细分,可以使光电轴角编码器的分辨率达到0.006″,测角精度σ≤0.4″,且该系统执行一次细分程序所需要的时间小于50μs。     

基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器系统

设计了一种基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器,通过光栅对(grating pair)的相对运动产生莫尔条纹实现振动位移的感知,由4路光纤作为信号的传输通道将莫尔条纹信息传输至信号处理电路。详细讨论了莫尔条纹与振动信号的关系,经信号处理电路以及莫尔条纹细分、方向辨别算法,将莫尔条纹信号转换成振动位移和方向。通过幅频特性补偿电路对低频段进行补偿,实现平坦的宽频带频率响应。实验结果表明,传感器的谐振频率为5.35Hz,通过补偿后下降至0.05Hz;在0.1~1 000Hz频率响应范围内,起伏小于0.011mm。     

莫尔条纹在微小振动测量中的应用

微小振动的频率和振幅的测量在工程技术领域具有重要意义 ,本文提出利用动态莫尔条纹光电信号测量微小振动的频率和振幅的方法。由于莫尔条纹具有放大作用 ,采用对莫尔条纹光电信号的细分技术 ,测量精度可以做得较高。实验表明 ,振幅测量分辨率可达光栅常数的二十分之一以上。     

莫尔条纹光电信号自动补偿系统

为了保证高精度光电编码器在恶劣工作环境下的精确测量,建立一种基于高分辨力数字电位计+DSP+CPLD的莫尔条纹光电信号自动补偿系统。首先,介绍了自动补偿系统的工作原理及构成,并设计了系统使用过程中的工作模式;融合莫尔条纹信号各个偏差的补偿算法,建立了光电信号细分误差的综合补偿模型;然后,具体阐述了系统的硬件设计、相关软件设计,并分析了补偿系统自身存在的系统误差;最后,以24位光电编码器为实验对象,对该补偿系统进行测试分析,实验结果表明:自动补偿系统可实现编码器精码信号直流电平漂移、等幅性偏差、正交性偏差及二次、三次、五次谐波偏差的综合补偿,可使实际的静态细分误差减小0.61。该系统可用在编码器的工作现场,实现莫尔条纹信号细分误差的自动修正。     

光电位移信号新型细分方法及系统设计

为提高光电轴角编码器的分辨力,提出一种新型莫尔条纹信号细分方法并建立基于FPGA的光电位移信号倍频系统.根据理想莫尔条纹光电信号的数学模型,利用多倍角正余弦信号的函数性质,将原始莫尔条纹信号推导为n倍频的高阶信号;由幅值细分理论,离线建立基于高阶正余弦信号的高分辨力幅值细分查找表;根据增量式、绝对式光电编码器的不同功能,分别阐述了应用该幅值细分查找表实现编码器高分辨力的倍频技术;同时又指出本文细分方法应用的约束条件.最后,以直径为40mm,分辨率为2500P/R的欧姆龙E6B2-CWZ6C增量式光电编码器为实验对象,在转速范围200~3000rpm的同步电机驱动下,编码器输出波形频率范围约为8.3kHz~125kHz,在基于频率为10kHz的模拟输入信号下,采用本文细分方案设置四倍频设计实验,该系统可以快速将频率增加到原来频率的4倍;同时,基于4倍频原理设计了128倍频实验,并进行实验验证,同样得到该系统可以快速增加到输入频率的128倍.该设计方法及系统与传统细分方法相比较,具有开发周期短、集成度高、模块化、速率快等特点.     

全息曝光条纹锁定系统特性研究

为了研究全息光栅拍摄过程中曝光对比度与干涉条纹漂移均方根值之间的关系和提高大面积光栅拍摄质量,采用莫尔条纹原理和线阵电荷耦合器件照相机系统组成的条纹锁定系统进行了光栅拍摄实验。对莫尔条纹的漂移量进行了实时采集和分析,发现条纹漂移主要由缓慢漂移和频率为3.1Hz的振动合成。得到了条纹漂移均方根值与光栅曝光对比度之间的数值关系,为预测光栅质量是否合格提供了理论参考。结果表明,要提高光栅拍摄质量,必须保证条纹漂移均方根值小于0.05λ。该条纹锁定系统完全可以满足此要求。     

莫尔条纹光电信号细分误差的实时补偿

为了保证高精度光电轴角编码器在恶劣工作条件下的细分精度,设计了基于高分辨率数字电位计的实时补偿处理系统。依据莫尔条纹光电信号的数学模型,说明了由信号等幅性偏差和直流电平漂移引起的细分误差的空间分布特征,并得出误差规律及计算公式,从编码器的光机装调、码盘均匀性、光敏元件调试等制作环节出发,指出了编码器光电信号细分误差的根本特性;受高精度光电编码器分辨力的约束,从编码器光敏元件输出莫尔条纹信号的形式出发,构建了分辨率为0.1 的数字电位计查找表;并设计了实时补偿的关键算法。以23位光电编码器为实验对象,在-40～60 ℃条件下对补偿处理系统测试,实验结果表明:直流漂移1.2%,等幅性2%,且自动补偿时间约为3 s,满足编码器分辨力（0.154）和工作实时性的要求。该方法可实际应用于编码器系统,能够提高编码器的环境适应性和测角可靠性。     

几种莫尔等高法的付里叶描述

本文用频谱分析的观点对叠加莫尔，付里叶变换莫尔，扫描莫尔及相移扫描莫尔的方法进行了分析，提出了这几种莫尔等高方法的付里叶描述，文中讨论了这几种方法在频域中的联系，从频域上看这些方法的本质特征是：使携带莫尔信息的基频移中而获得莫尔条纹。     

位移式莫尔偏折测量方法的研究

本文讨论一种测量位相同步变化的物体信息的莫尔偏折法——位移式莫尔偏折法。通过试件的旋转或摆动用条纹的移动来反映光束的倾斜,用条纹的稳定性来判断光轴的重合。该法简单、精度高且易于实现自动测量。文章论证了其原理,分析了测量精度并阐述了几种典型的应用。     

一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法

提出了一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法。首先设计四步相移正弦光栅条纹图,由DLP投影仪投影到待测物体表面,再由CCD相机采集受物体形貌调制的变形条纹图;然后对其中一幅变形条纹图进行傅里叶变换以确定抽样间隔,再对4幅相移条纹图用相移法求得条纹背景和调制幅度后,对每幅变形条纹图做归一化处理;对每幅相移条纹图在空间域进行下采样抽样和灰度插值,构建相移莫尔条纹图,得到多帧时空域相移条纹图;对多帧时空域相移条纹图按时空二维相移法处理求得莫尔相位,再将莫尔相位与抽样点相位叠加求和得到变形条纹图对应的相位数据;最后,以面膜作为样品进行了实验测量,结果表明,经典四步相移法重构的物体形貌出现明显失真,而本文方法能较好恢复物体的三维形貌。     

Full-field wafer level thin film stress measurement by phase-stepping shadow Moire/spl acute/

A wafer topography measurement system has been designed and demonstrated based on shadow Moire/spl acute/. Three-step phase-stepping and phase unwarping techniques are also incorporated to enhance the system resolution. Wafer curvatures or bows can be achieved by analyzing the Moire/spl acute/ fringe patterns and film stress can be obtained subsequently by transforming this wafer curvature using a conversion equation such as Stoney's formula. Wafer bow of plasma enhanced chemical vapor deposition nitride and oxide coated wafers are measured by this shadow Moire/spl acute/ system and are subsequently verified by the KLA-Tencor FLX 2320 system. The discrepancy between both bow measurements is within 2/spl mu/m, regardless of the magnitude of the measurement. Therefore, this system is especially suitable for stress characterization of thicker, stiffer, or highly stressed films. In comparison with the traditional laser scanning method, wafer curvature obtained by shadow Moire/spl acute/ is based on full-field information and it would have a better accuracy. By integrating this system with a more accurate wafer curvature to film stress conversion formula, this system should also provide a better film stress characterization.