基于幅值采样的光栅莫尔条纹信号细分技术的研究

发布时间：2017-04-15 07:02

  本文关键词：基于幅值采样的光栅莫尔条纹信号细分技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 精密测量技术对保障现代数控机床的各项性能指标起着重要作用,以光栅莫尔条纹技术为基础的位置或角度传感器在数控机床上得到了广泛应用。由于受制造工艺等因素的影响,直接利用光栅莫尔条纹信号进行测量仍然难以满足高精度测量的要求,因此人们开发出了多种莫尔条纹信号的细分技术,包括四倍频、电阻链细分、锁相倍频细分、载波调制细分及幅值分割细分等。这些方法各有其特点,但都难以满足实际应用中对机床光栅高速、高倍数细分的要求。本文研究了一种适应于该要求的幅值采样细分方法,并开发了原型样机。主要研究内容如下: 综合了目前国内外在光栅莫尔条纹细分领域所采用的技术,确定出满足数控机床性能要求的光栅信号细分方法——幅值采样细分。并利用Matlab对该方法进行了仿真研究,从理论上对原始信号在直流电平、幅值不等、相位不正交、高次谐波等方面对细分结果的影响进行了详细的讨论,在此基础上提出了课题研究方案。 设计了幅值采样细分的硬件电路,对硬件电路各组成模块进行了详细分析。硬件电路采用粗精细分并行工作的电路结构,有利于提高细分精度和速度,以达到对信号进行高速和高倍数细分的目的。软件采用模块化程序设计,使用C语言及VHDL语言对单片机及CPLD进行程序编写,程序结构简单,运行速度快。 最后采用RS-232串行接口将细分数据输出到上位机,经过对实验结果的测量,分析了本细分装置所能达到的分辨率及细分误差,同时找出可能导致误差发生的原因,并提出了改进措施。
【关键词】：光栅 莫尔条纹 幅值采样 细分 仿真
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 精密测量对数控加工的意义9-10
• 1.1.3 光栅信号细分意义和技术指标10-11
• 1.2 光栅莫尔条纹细分技术研究概况11-16
• 1.2.1 国外光栅技术研究概况12-14
• 1.2.2 国内光栅技术研究概况14-15
• 1.2.3 光栅细分技术的发展趋势15-16
• 1.3 课题研究内容16-18
• 第2章 莫尔条纹及其细分方法研究18-30
• 2.1 光栅莫尔条纹技术18-21
• 2.1.1 莫尔条纹的形成18-19
• 2.1.2 光栅莫尔条纹测量的特点19-21
• 2.2 莫尔条纹信号的细分技术21-28
• 2.2.1 四细分辨向电路21-22
• 2.2.2 电阻链移相细分22-23
• 2.2.3 幅值分割电子细分23-25
• 2.2.4 载波调制法25-26
• 2.2.5 锁相倍频细分26-28
• 2.3 细分方法的比较与选择28-29
• 2.4 本章小节29-30
• 第3章 幅值采样电子细分方案研究及仿真30-41
• 3.1 幅值采样细分30-31
• 3.2 粗细分及辨向31
• 3.3 精细分31-33
• 3.4 误差仿真分析33-40
• 3.4.1 直流分量影响34-36
• 3.4.2 幅值不等影响36-37
• 3.4.3 相位不正交影响37-38
• 3.4.4 二次谐波影响38-39
• 3.4.5 误差分析39-40
• 3.5 本章小节40-41
• 第4章 幅值采样电子细分系统硬件设计41-56
• 4.1 硬件系统结构41
• 4.2 信号处理电路模块41-43
• 4.3 粗细分及辨向电路模块43-46
• 4.3.1 移相电路44-45
• 4.3.2 跟随电路45
• 4.3.3 过零比较电路45-46
• 4.3.4 CPLD 电路46
• 4.4 精细分电路模块46-50
• 4.4.1 绝对值电路47-48
• 4.4.2 多路选择电路48-49
• 4.4.3 A/D 转换电路49-50
• 4.5 数据处理与输出模块50-55
• 4.5.1 数据处理50-52
• 4.5.2 数据输出52-55
• 4.6 本章小节55-56
• 第5章 幅值采样电子细分系统软件设计56-61
• 5.1 VHDL 程序设计56-58
• 5.1.1 VHDL 介绍56-57
• 5.1.2 VHDL 执行流程图57-58
• 5.2 单片机程序设计58-60
• 5.2.1 单片机主程序58-59
• 5.2.2 主要功能子程序59-60
• 5.3 本章小节60-61
• 第6章 实验结果与误差分析61-65
• 6.1 实验结果61-63
• 6.2 误差分析63-64
• 6.3 本章小节64-65
• 第7章 总结及展望65-67
• 7.1 全文总结65-66
• 7.2 研究展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录A Matlab 运算及仿真程序71-75
• 附录B 攻读学位期间发表学术论文目录75

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘泊;程添;覃思勇;卢俊龙;;光栅传感器信号细分中绝对值电路的设计[J];电子设计工程;2011年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 马国庆;高精度伺服转台关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 董跃华;激光干涉检测装置的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 张丽云;基于机器视觉的贴片安装锡膏三维检测[D];五邑大学;2011年

4 孟凡波;基于FPGA的光栅数显装置的研究与设计[D];沈阳工业大学;2012年

5 朱维娜;基于DSP2812的光栅细分技术研究[D];西南交通大学;2012年

6 彭琅;一种光栅尺细分技术的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年

7 肖涛;伺服系统的高精度位置检测[D];华中科技大学;2012年

8 崔改;基于FPGA的光栅纳米级细分IP核设计[D];沈阳工业大学;2013年

9 马泽龙;正余弦编码信号纠偏与细分技术研究[D];华中科技大学;2012年

  本文关键词：基于幅值采样的光栅莫尔条纹信号细分技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：307843