基于双光栅尺的高速高精度跨尺度位移测量方法的研究

发布时间：2017-03-23 12:22

  本文关键词：基于双光栅尺的高速高精度跨尺度位移测量方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 微纳米测量技术在微机电系统(MEMS)装配与集成、集成电路(IC)制造与封装、超精密加工等领域广泛应用,并朝着高速、高精度方向发展。光栅尺具有精度高、抗干扰能力强、寿命长等优点,成为微纳米位移测量的主要工具,但由于受光路结构及信号检测电路扫描频率等因素的限制,单个光栅尺测量的最大允许移动速度与其测量步距成反比。针对高速高精度定位系统的运动特性及光栅尺测量高速位移时难以实现高分辨力的问题,本文提出了适合高速且实现系统末端点高分辨力位移测量的新方法─基于双光栅尺双重计数、切换与合成的跨尺度位移测量方法。 在分析光栅线性位移测量原理、光栅尺的测量误差尤其是细分误差的基础上,本文重点研究双光栅尺切换与合成的原理,建立了基于双光栅尺高速高精度位移测量的设计准则,根据设计准则设计了切换基准拾取方法以及快速切换与合成方法,分析了双光栅计数值切换合成的误差。针对光栅尺的电子细分信号具有细分误差的特性,本文提出了对莫尔条纹信号不细分的方法以提高双光栅尺信号切换合成值的精度。 经过对双光栅计数切换基准、切换与合成特征和规律的探讨,本文设计了实现双光栅尺双重测量、计数值切换合成法的硬件电路,主要通过可编程芯片FPGA,设计了双光栅尺信号处理的各电路模块,如双光栅尺信号四倍频辨向模块、速度判断模块、切换模块、计数值合成处理模块。并将FPGA模块电路、双光栅尺信号接收电路与外部接口电路集成为自行设计的双光栅尺信号处理卡。 最后搭建了实验系统,对本测量原理与方法进行实验验证。通过对实验结果的处理和分析,验证了双光栅尺双重计数、计数值切换合成的可行性和有效性。在实验中总结了一些经验,为本方法的进一步研究及应用打下了良好基础。
【关键词】：双光栅尺 高速高精度 位移测量 切换合成 FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究状况和进展10-14
• 1.2.1 光栅尺测量的发展状况10-12
• 1.2.2 光栅尺高速高精度测量的研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 双光栅尺高速高精度测量的分析与设计16-35
• 2.1 引言16
• 2.2 光栅尺莫尔条纹位移测量原理16-20
• 2.2.1 光栅尺扫描测量原理17
• 2.2.2 莫尔条纹特征17-19
• 2.2.3 莫尔条纹信号感应器件19-20
• 2.2.4 莫尔条纹信号的输出20
• 2.3 双光栅尺高速高精度跨尺度测量方法的设计20-25
• 2.3.1 光栅尺测量允许速度与分辨力的关系20-21
• 2.3.2 双光栅尺高速高精度测量方法原理21-23
• 2.3.3 双光栅尺高速高精度测量的设计准则23-24
• 2.3.4 双光栅尺高速高精度测量的实现方法24-25
• 2.4 双光栅尺信号切换与合成误差分析25-34
• 2.4.1 双光栅尺信号切换基准的误差分析26-32
• 2.4.2 双光栅尺信号切换时延误差分析32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 双光栅尺信号的高精度切换基准设计35-41
• 3.1 引言35
• 3.2 双光栅尺信号高精度切换基准设计方法35-36
• 3.3 切换基准信号的拾取电路设计36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 双光栅尺信号的切换合成电路设计41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 FPGA芯片的软件开发流程41-42
• 4.3 FPGA功能模块电路设计42-54
• 4.3.1 四倍频、辨向、计数模块43-47
• 4.3.2 速度判断模块47-49
• 4.3.3 双光栅尺计数脉冲切换模块49-50
• 4.3.4 双光栅尺计数值合成模块50-54
• 4.4 信号输出接口54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 实验研究55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 双光栅尺信号处理电路校验实验55-59
• 5.2.1 双光栅尺信号切换时延误差校验实验56-58
• 5.2.2 双光栅尺信号切换合成值校验实验58-59
• 5.3 双光栅尺信号切换基准的精度实验59-60
• 5.4 双光栅尺跨尺度测量系统的精度实验60-62
• 5.5 双光栅尺跨尺度测量的应用实验62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间发表的学术论文70-71
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明71
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书71
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理71-72
• 致谢72

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 贾鑫浩;谷玉海;高锦宏;;精密离心机转速测量系统设计[J];仪表技术与传感器;2012年08期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 节德刚;宏/微驱动高速高精度定位系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 廉孟冬;基于激光角度传感器和平面光栅的二维微位移直接解耦测量技术[D];浙江大学;2011年

2 方菲;宏微双驱动高精度二维运动平台的实现[D];浙江大学;2012年

3 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

4 郑泽浩;不同结构的电控双折射无刻痕光栅研究[D];汕头大学;2010年

5 江长青;角钢冲孔尺寸检测技术研究[D];长春理工大学;2012年

  本文关键词：基于双光栅尺的高速高精度跨尺度位移测量方法的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263735