[00125538]面向数控机床的高精度绝对式光栅传感器的关键技术及产业化研究

本项目研究的是用于高档数控机床等制造装备的、拥有自主知识产权的绝对式光栅线位移传感器的关键技术。光栅线位移传感器能实现数控机床位置的闭环检测,是高精度、高加速度、高可靠性数控机床的重要检测元件。项目完成前,绝对式光栅线位移传感器产品在国内处于空白,全部依赖进口。项目成果包括: 1. 突破的关键技术包括： （1）绝对式光栅位移编码-解码技术。采用复合多位元m序列伪随机码绝对编码方式。编码长度可达到909447个位元,如刻划为20 um,绝对式光栅尺长度即可达36m,而且读数头一次读数覆盖5~7个位元,理论上只要有一个清晰即可读出绝对位置。适用于高精度高档数控机床和大尺寸的大型龙门机床。 （2）基于反正切函数的新型细分技术。由FPGA进行信号综合、数据接口处理和信号处理。细分倍数可达4000,分辨率达到0.01 um。基于反正切函数直接计算细分法特点是不增加读数系统成本,运算速度快,细分精度高。 （3）新型读数头系统。模块化结构设计,便于光学结构的组装、调整和减小光学镜片本身加工误差对信号的影响,读数头设计上精简光路结构、减少光学镜片的数量、集成化设计光学镜片,保证光栅测量系统信号的稳定性。 （4）误差补偿技术。OFC（在机误差补偿）误差补偿技术是绝对式光栅测量系统和激光干涉测量方法相结合的高精度光栅测量技术,该技术可补偿综合误差且成本较低,可明显提高直线位移的实时测量精度。 2. 取得知识产权：授权3项发明专利,、形成 1 项行业技术标准。 3. 技术技术指标：单码道绝对式编码,编码长度≥10000mm;增量信号扫描方式：单场扫描;同步接收绝对和增量信号;精度≤±3μm/m; 定位精度 1μm; 分辨率≤0.1μm;最大测量长度≥3000mm;最高运动速度≥180m/min;通讯接口：至少两种与数控系统连接的通信接口; 抗振动、冲击特性：达到JB-T10080.2-2000 标准;平均无故障运行时间（MTBF）：5000 小时以上。 4. 人才培养：培养硕士研究生4 人,其中2人已获得硕士学位。 通过对项目的实施,形成 1 项行业标准、由珠海市怡信测量科技有限公司主草“位移编码器CPE-Bus 总线双向串行通信协议规范”2013年12月公布发行,2014年7月实施。申请并且获得3 项发明专利;发明专利：一种绝对式直线光栅尺及其编码方法ZL201510105889.4,一种光栅尺 ZL 201510177240.3、一种直线光栅尺 ZL 201410841896.6。以上专利全部转化为成果,新增就业人数 20 人。