绝对式光栅尺信号检测系统的设计与实现

绝对式光栅尺信号检测系统的设计与实现

随着现代加工技术向着精密、超精密方法发展,人们对高精度的传感器提出了越来越迫切的需求。绝对式光栅尺是2005年出现在市场的一种新型线位移传感器,相对于传统的增量式光栅尺而言,它具有测量精度高、抗干扰性强、断电后再工作无需回零点、无累计误差、位置计算在读数头内完成等优点,因此,被广泛使用在各种中高档数控机床和精密测量设备当中。

随着绝对式光栅尺的推广与使用,为了方便用户对设备上的光栅尺进行快速、便捷的信号检测;与此同时,为了方便光栅尺生产商在研发阶段对光栅尺产品的

反复检测与调试,以及在售后阶段能方便得对产品进行有效的维护,这都需要一

套完善的绝对式光栅尺信号检测平台来进行实现。在国外,著名的光栅尺产商都会根据自身产品研发特定的检测平台,用于快速的推广和便捷的维护自身绝对式光栅尺产品;在国内,由于对绝对式光栅尺的研究起步比较晚,目前还没有类似系统。

本文在结合国内外现有的绝对式光栅尺检测技术和当前绝对式光栅尺产品

需求的基础上,深入的研究绝对式光栅尺信号检测的原理、常见故障的类型和诊断方法、误差测量和补偿方式,从而设计出一款绝对式光栅尺信号检测系统,该系统由采集卡和上位机组成,用于实现绝对式光栅尺的在线信号检测与修调、故障诊断、误差的测量与补偿等功能。首先研究了绝对式光栅尺信号检测的原理,确定信号检测的方法,包括了增量信号和绝对信号;同时研究了绝对式光栅尺常见

的故障类型及其诊断方式。

设计了以STM32为核心控制器的信号采集卡,该采集卡配备有绝对式信号采集模块、增量信号采集模块、激光干涉仪接口模块、上位机接口模块等。采集卡

作为上位机和光栅尺之间的通讯桥梁,接受上位机的命令和参数,对光栅尺进行读写操作,并反馈到上位机中。

当用于对绝对式光栅尺进行误差测量时,该采集卡可为激光干涉仪提供触发信号。设计了信号检测系统的上位机软件,该软件基于Qt环境,采用模块化方式开发。

包括有网络协议模块、产品信息与位置值采集模块、故障诊断模块、信号检测模块、光电参数修调模块以及误差测量与补偿模块,每个模块都采用独立封装的方式,用户可以根据实际的需求进行加载。上位机软件的主要的功能是作为人机交互的界面,其根据与采集卡之间的通讯协议,向采集卡发送命令与参数,并从采集卡中获取反馈信息,经过处理分析后实时得显示在界面上。

研究了绝对式光栅尺测量误差的补偿方法。分析了影响绝对式光栅尺精度的误差因素,搭建起误差检测平台,可实现对光栅尺的快速误差测量;提出了误差补偿方法,并把补偿数据写入到光栅尺读数头中,最终实现对绝对式光栅尺测量误差的快速、高效补偿。

运用本文的研究方法,完成了绝对式光栅尺信号检测系统的设计,实现了对绝对式光栅尺在线的信号检测与修调、故障诊断、误差测量与补偿等功能,对绝对式光栅尺的推广与维护具有重要的意义。