超精密绝对光栅尺结构设计及其静态读码误差分析

摘要

随着现代加工制造业的高速发展，制造领域对加工精度的要求越来越高，与之相关的科学技术计量学也得到了长足的发展，以光栅尺为代表的栅式测量设备在现代科学技术中起到了关键性的作用。
　　光栅尺作为机加工中的闭环控制系统，有着精度高、抗干扰力强等优点，但同时也有着开机须找零位操作、断电后不能保留读数等不足之处，因此，绝对式光栅尺应运而生。本文提出了一种新的绝对光栅尺编码方法，并将其应用于绝对光栅尺的设计与制造中。
　　首先，在分析了国内外光栅尺的研究现状的基础上，提出了拥有自主知识产权的绝对光栅尺编码的方式方法，讲述了该编码方式相对于目前国际上的编码方式的优越性。
　　其次，搭建了开放式绝对光栅尺实验平台，并通过实验的方法，验证了图像识别技术应用于绝对光栅尺的可行性，检测出了该编码方式所刻制的绝对光栅尺的分辨率和定位精度。
　　再者，设计并制造出了一把封闭式绝对光栅尺样尺，并阐述了设计过程中所遇到的重点与难点，提出了相对合理的解决方案。
　　最后，搭建了封闭式绝对光栅尺实验平台，通过ANSYS Workbench有限元仿真分析，找到了其前六阶的固有频率和模态振型，并通过实验的方法，测试了光栅尺在前三阶固有频率范围内的六种振动频率下的静态读码误码率，得出了该封闭式绝对光栅尺的抗振性能趋势，为以后进一步研究绝对式光栅尺提供了技术支持。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外光栅测量技术发展现状

1．2．2 国内光栅测量技术发展现状

1．2．3 光栅尺的发展趋势

1．3 课题来源、研究内容

1．4 技术路线

1．5 本章小节

第二章 绝对式光栅尺的原理与结构

2．1 引言

2．2 光栅尺的分类

2．3 增量式光栅尺的工作原理

2．3．1 光栅位移测量原理

2．3．2 莫尔条纹光电转化原理

2．4 绝对式光栅尺的工作原理

2．4．1 光电扫描多轨码道绝对光栅尺工作原理

2．4．2 图像识别单轨码道绝对光栅尺工作原理

2．5 本章小结

第三章 图像识别绝对光栅尺精度检测

3．1 开放式绝对光栅尺实验平台

3．1．1 开放式绝对光栅尺机构

3．1．2 测量仪器

3．1．3 开放式绝对光栅尺实验平台

3．2 开放式绝对光栅尺实验方案设计

3．3 实验数据处理

3．4 本章小结

第四章 封闭式绝对光栅尺结构设计优化

4．1 引言

4．2 封闭式绝对光栅尺各部分结构

4．2．1 主尺光栅与尺壳的设计

4．2．2 图像采集系统的结构设计

4．2．3 滑车系统的结构设计

4．2．4 图像处理系统封装盒结构设计

4．3 封闭式绝对光栅尺结构设计难点分析

4．3．1 金相显微镜的装配

4．3．2 光源的选择

4．3．3 平行光源的装配

4．4 封闭式绝对光栅尺结构

4．5 本章小结

第五章 封闭式绝对光栅尺静态读码抗振性能研究

5．1 引言

5．2 封闭式绝对光栅尺模态分析

5．2．1 ANSYS Workbench有限元软件

5．2．2 模态分析的基本理论

5．2．3 封闭式绝对光栅尺建模

5．2．4 材料添加与网格化分

5．2．5 模态分析

5．3 封闭式绝对光栅尺实验方案设计

5．4 实验数据处理

5．5 本章小结

总结与展望

课题总结

课题展望

参考文献

攻读学位期间发表的专利

声明

致谢