[00125538]面向數控機床的高精度絕對式光柵傳感器的關鍵技術及產業化研究

本項目研究的是用于高檔數控機床等制造裝備的、擁有自主知識產權的絕對式光柵線位移傳感器的關鍵技術。光柵線位移傳感器能實現數控機床位置的閉環檢測,是高精度、高加速度、高可靠性數控機床的重要檢測元件。項目完成前,絕對式光柵線位移傳感器產品在國內處于空白,全部依賴進口。項目成果包括: 1. 突破的關鍵技術包括： （1）絕對式光柵位移編碼-解碼技術。采用復合多位元m序列偽隨機碼絕對編碼方式。編碼長度可達到909447個位元,如刻劃為20 um,絕對式光柵尺長度即可達36m,而且讀數頭一次讀數覆蓋5~7個位元,理論上只要有一個清晰即可讀出絕對位置。適用于高精度高檔數控機床和大尺寸的大型龍門機床。 （2）基于反正切函數的新型細分技術。由FPGA進行信號綜合、數據接口處理和信號處理。細分倍數可達4000,分辨率達到0.01 um。基于反正切函數直接計算細分法特點是不增加讀數系統成本,運算速度快,細分精度高。 （3）新型讀數頭系統。模塊化結構設計,便于光學結構的組裝、調整和減小光學鏡片本身加工誤差對信號的影響,讀數頭設計上精簡光路結構、減少光學鏡片的數量、集成化設計光學鏡片,保證光柵測量系統信號的穩定性。 （4）誤差補償技術。OFC（在機誤差補償）誤差補償技術是絕對式光柵測量系統和激光干涉測量方法相結合的高精度光柵測量技術,該技術可補償綜合誤差且成本較低,可明顯提高直線位移的實時測量精度。 2. 取得知識產權：授權3項發明專利,、形成 1 項行業技術標準。 3. 技術技術指標：單碼道絕對式編碼,編碼長度≥10000mm;增量信號掃描方式：單場掃描;同步接收絕對和增量信號;精度≤±3μm/m; 定位精度 1μm; 分辨率≤0.1μm;最大測量長度≥3000mm;最高運動速度≥180m/min;通訊接口：至少兩種與數控系統連接的通信接口; 抗振動、沖擊特性：達到JB-T10080.2-2000 標準;平均無故障運行時間（MTBF）：5000 小時以上。 4. 人才培養：培養碩士研究生4 人,其中2人已獲得碩士學位。 通過對項目的實施,形成 1 項行業標準、由珠海市怡信測量科技有限公司主草“位移編碼器CPE-Bus 總線雙向串行通信協議規范”2013年12月公布發行,2014年7月實施。申請并且獲得3 項發明專利;發明專利：一種絕對式直線光柵尺及其編碼方法ZL201510105889.4,一種光柵尺 ZL 201510177240.3、一種直線光柵尺 ZL 201410841896.6。以上專利全部轉化為成果,新增就業人數 20 人。