光栅尺的快速精度检测与误差补偿系统研究

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随着现代制造工业的快速发展,人们对微小角度与位移的测量提出了越来越高的要求,光栅尺凭借其测量精度高、抗干扰能力强、可实现动态测量等优点,已经成为了精密测量的主流应用产品。  我国进入光栅尺研究领域的时间较晚,现阶段只能生产精度不高的增量式光栅尺,而在绝对式光栅尺研究方面更是处于刚起步的阶段。  精密光栅尺作为光、机、电一体化的产品,其测量精度容易受到光栅尺自身制造误差、装夹误差及温度等多种因素干扰,因此有必要对光栅尺进行精度检测及误差补偿,而对于光栅尺生产企业而言,其需要保证每一个光栅尺产品能够达到设计的测量精度标准,因此对于大批量光栅尺的快速精度检测与误差补偿系统研究具有重要的现实意义。  本文在充分吸收前人研究成果的基础上,首先深入地分析了增量式与绝对式光栅尺的工作原理、通信方式及造成其测量误差的主要因素,并以分析结果为依据提出了大批量光栅尺精度检测与补偿的总体方案。  其次,搭建了光栅尺精度检测平台,并且详细的叙述了该平台的设计要点与难点,包括气浮运动导轨的设计、高精度位置反馈仪器与检测平台基座材料的选择。  再者,设计了光栅尺数据采集卡,解决了增量式光栅尺和绝对式光栅尺位置数据的高速同步采集、激光干涉仪的同步触发、利用Biss协议对绝对式光栅尺进行快速的读写操作、数据采集卡与上位机的高速通讯这四大问题。  最后,利用自主设计的精度检测平台和光栅尺数据采集卡对某企业所生产的增量式光栅尺和绝对式光栅尺均进行了精度检测实验,实验证明了本文所设计的光栅尺精度检测系统工作具有高度的可靠性和准确性,仅需30秒即可完成对一根增量式或绝对式光栅尺的精度检测工作,令光栅尺精度检测的效率大幅提高;另外,应用本文所提出的绝对式光栅尺误差补偿方法对绝对光栅尺进行误差补偿,取得了显著的效果,将测量精度仅为±3um/m的绝对式光栅尺提高到±1um/m。
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