面向绝对光栅尺的编解码优化设计与研究

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微纳加工高精度的定位通常是由高精度的光栅位移传感器实现,作为闭环控制控制系统中实现位置实时校正的核心部件,光栅位移传感器一直是近年来研究的热点。光栅位移传感器可分为增量式和绝对式,增量式应用中存在开机回零,断电丢失位置信息等不足,常使加工成本变高,效率变低,绝对式上电所得即为绝对位置,无累积误差,精度高,稳定可靠,一直是各高校、科研机构的研究重点。本文以具有独立知识产权,广东工业大学自主研发的绝对尺为基础,提出基于Nios的绝对光栅测量系统的优化设计方案。本文主要从以下几个方面展开工作:  本文在分析了常见绝对光栅测量系统的模块组成,测量原理和光栅编码技术的基础上,针对一代尺基于图像处理技术实现绝对光栅测量系统的不足,设计了基于Nios的绝对光栅测量系统的编解码优化改进方案。  依据绝对光栅尺的高速解码和微型化的需求,完成了对系统硬件的选型并根据PCB设计的原则,完成以FPGA为处理器的电路设计!同时实现了对绝对光栅编码条纹的高速采集。针对光栅母尺的编码特点,结合实时性,设计了解码优化的硬件加速模块,使数据流通过像素二值判定,条纹明暗判别和串并转换等解码的预处理,同时采用SOPC技术,结合Avalon总线时序特点,自定义编写用于总线数据交互的ip核,并在QuartusⅡ平台中选择Nios内核作为运行处理器,选择合理的外设,完成了Nios光栅编解码系统的设计。  基于搭建好的Nios片上系统,在NiosⅡ IDE集成开发环境下,采用循环扫描方式,循环读取Nios硬件系统采集的实时光栅数据,并且通过查询生成的伪随机码解码数据库方式实现了解码,实现了光栅编解码系统的集成化设计。还搭建了实验验证平台用于进行Nios光栅编解码系统的精度分析。实验测试表明,在对绝对光栅编码条纹达到2000fps的高速采集帧频下,可实现测量系统的有效解码,测量精度在±7.6um左右,为绝对光栅系统的研制提供了新的途径。
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