[实用新型]光栅尺动态误差的检测系统

说明书

本实用新型公开了光栅尺动态误差的检测系统，包括第一装置，用于获取待测光栅尺的实时位置；第二装置，用于确定待测光栅尺的基准位置；信号采集控制器，将第一装置及第二装置获取的位置信号发送至计算机；计算机对接收到的位置信号进行比较，确定光栅尺的动态误差。该检测系统采用激光干涉作为长度基准，通过伺服直线电机实现光栅尺不同运行工况的模拟，设计了基于FPGA的双路信号采集处理系统，实现基准信号和实时信号的同步采集，通过数据存储和后续传输处理，对测量结果进行分析显示。

技术领域

本实用新型涉及光栅尺性能检测技术领域，更具体地，涉及光栅尺动态误差的检测系统。

背景技术

光栅尺是重要的位置反馈部件，在数控机床等现代机加工行业中有着广泛应用。高性能光栅尺，尤其是大行程高精度绝对式光栅尺是我国高端全闭环数控机床技术瓶颈之一，目前几乎全部依赖进口。《中国制造2025》发展战略中提出要加速高档数控机床等前沿技术和装备的研发，以提高可靠性、精度保持性为重点，开发高档数控系统、光栅等主要功能部件，加快实现产业化。

目前，在光栅尺静动态特性研究及动态检测方面国内已有一些研究。长春光机所的郑黎明等研究了静态的精度检测与修正方法，该方案主要考虑的是静态几何误差对精度的影响，并没有进行动态误差分析。合肥工业大学的陈晓怀等分析了工作台、导轨变形等因素对光栅尺精度的影响，但测量误差分析为静态分析，并没有考虑光栅尺运行速度变化、振动等因素对动态精度的影响。深圳大学的吴玉斌等搭建的光栅尺动态检测系统，可以通过计算机实现光栅尺检测的自动控制、数据采集等功能，其检测过程是在低速匀速情况下进行，对于测试过程中光栅尺的不同运行速度、加速度和振动等动态因素，以及温度等静态因素均未考虑，该系统实现了静态检测过程的自动化，而非动态性能检测。

综合国内外研究发现，目前对光栅尺误差检测主要是静态误差检测，有些涉及光栅动态误差的研究只是特定工况下的动态误差测量，或是对动态误差影响因素方面考虑不全面，缺乏系统性的研究，例如缺乏对大量程、高精度的光栅尺的动态精度检测。

光栅尺静态误差是指光栅尺读数头停在某一位置等读数稳定后与基准位置之间的误差；光栅尺动态误差是指光栅尺在工作状态下，读数头在移动过程中，光栅尺实时动态读数与实时基准位置之间的误差。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种光栅尺动态误差检测系统，通过光栅尺动态实时位置与基准位置的比较得到光栅尺动态误差，能够提高光栅尺动态误差测量的精度。具体包括：

第一装置，用于获取待测光栅尺的实时位置；

第二装置，用于确定待测光栅尺的基准位置；

信号采集控制器，将第一装置及第二装置获取的位置信号发送至计算机；

计算机对接收到的位置信号进行比较，确定光栅尺的动态误差。

在一些具体的实施方式中，光栅尺读数头与移动滑块连接。光栅尺实时位置是在不同速度、加速度等工况下测得的移动滑块的一系列位置组成的曲线，基准位置是在相同工况下，同时刻光栅尺基准位置确定装置测到的移动滑块的位置曲线。

在一些具体的实施方式中，对光栅尺的校准要采用高精度的位置测试系统。第二装置包括激光干涉系统，激光干涉系统包括激光器、干涉镜和反射镜；激光干涉系统的激光器射出后的激光由干涉镜以一定的小角度分为两束，并入射到反射镜中，经反射镜反射后，沿着新光路返回到干涉镜中，经干涉镜合束后返回激光器的进光口，从而完成直线测量，从而确定得到光栅尺的基准位置。

在一些具体的实施方式中，该光栅尺误差检测系统还包括导轨和可沿着导轨方向滑动的移动滑块；其中激光器、干涉镜在导轨上依次设置；反射镜位于移动滑块上。

在一些具体的实施方式中，第一装置包括光栅尺读数头，光栅尺读数头用于获取光栅尺的实时位置信号，这里光栅尺和光栅尺读数头的安装位置有两种情况：