一种变距计量光栅刻划的分度定位控制系统研究

摘要

光栅是一种在表面上按照一定规律分布有线、缝和槽或光学性质变化的物质等构成的光学元件，在国民经济、国防建设和科学技术研究中具有广泛的应用。随着光学及光电技术和计算机应用等技术的发展和进步，具有像差校正及自聚焦、可用以实现绝对位移测量等优点的变周期或间隔及栅线宽度变化结构特征的变距光栅得到了越来越多的重视。与此同时，包括光栅刻划设备在内的传统光栅制造技术也受到了挑战。
　　本文在分析研究变距光栅结构原理和用于传统计量光栅刻划的长刻线机的结构及分度定位原理的基础上，针对一种可以实现绝对式位移测量的变距计量光栅尺的刻划，提出和设计了一种可以实现普通长刻线机变距分度的闭环光电定位控制系统。控制系统以STC89C51单片机为核心，由步进电机及蜗轮蜗杆副构成传动系统，以驱动分度丝杠和拖动工作台产生变距位移；采用直线光栅位移传感器对工作台1000mm运动范围内的位移进行测量并信息反馈，而后通过伺服电机进行位移偏差的修正。同时，由单片机对刻线机的刻划机构进行实时控制，以实现刻线机的分度与刻划动作的良好协调。
　　设计中，对光栅位移传感器输出的脉冲信号采取了电子细分处理，使其分辨率提高到0.25um。文中对控制系统的误差做了综合分析，并在300mm长度玻璃尺上制作出了最小分度格值为0.25um的一组变距刻线，验证了控制系统的可行性。