国外光栅测量技术研究现状

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1、国外光栅测量技术研究现状在国外，从上世纪七I-年代开始，光栅测量系统就开始在数显及数控机床方面应用。经过几I•年发展，其在机床测量系统的占有率日益剧增，已超过80%,并且其应用领域迅速扩展到科学技术和工程的各个方面。目前，世界上能制造光栅测量系统的国家也为数不多，包括德国、美国、日木等。其中，德国的海德汉公司(HE1DENHA1N)是光栅测量技术的最前沿、拥冇最先进的制造技术及产业的企业。目前，国际上高精度光栅测量系统的分辨率已经达到纳米级别，准确度可达土0.lnmo除了测量精度外，这些先进的光栅测量系统功能强大。我国光栅测量技术研究现状我国在计量光栅方而的研

2、究起步较晚，与国外先进技术相比，述冇很大差距，我们要走的路还很长。但虽然如此，我国对光栅测量技术的研究从未停止过。比如利用单-片机及CPLD技术，对粗光栅测量系统进行研究，实现对测量信号的准确鉴相及高倍细分，单片机完成数据采集、运算、处理、显示等任务。对光栅莫尔条纹电了学细分技术进行了深入研究，提出了提高细分精度和分辨率的方案。对光栅莫尔条纹高倍细分技术进行研究，采用基于FPGA的反正切函数优化算法，实现了正切函数法高速、高精度、高被细分。随着研究的深入，我国光栅测量技术水平与国际上先进水平的差距正在日益缩小。物体的三维图像信息与其传统的二维图像信息相比，三维

3、图像可以更客观、更全面、更真实的反映物体，从而为人们提供更多冇用的信息。三维测量技术由此孕育而生，三维测量是测量技术的一个分支，它是指对物体表面轮廓的三维尺形的测量。随着近几十年来科淫技术的飞速发展，各种技术都被应用到三维测量领域中。随着一些高新技术例如激光技术、精密计量光栅制造技术、计算机软硬件、计算机图象处理技术等的飞速发展，使得三维测量技术迅速发展成为一门新兴学科，它以现代光学为其技术基础，并融合了光电子学、计算机图形学、信息处理、计算机视觉、数值分析等各种技术。三维测量技术所具冇的特点是:快速、非接触、高精度、自动化、智能化等。其在逆向工程、虚拟现实、

4、产品检测以及医学、整形、公安、美容等领域有着非常广阔的研究价值和应用前景。§1.3木文主要研究内容本文对三维光栅位移测显系统进行研究,在其研发过程中.通过详细分析光栅位移测屋原理后，选用光栅位移传感器检测位移，以单片机STC12C5A60S2为核心进行系统的样机设计。对光栅位移传感器运动时输出的原始位移信号而言，一方而其测帚分辨率并没冇达到最高值，还冇捉丁I分辨率的空间：另一方面，系统处理器无法从该依巧判別光栅的运动方向。所以，A系统设计屮，对光栅位移传感器输出的位移信廿的处理成为本文的研究重点之一。另外，•正确地从位移信号屮读取出位移数据（即光栅位移数据的处

5、理），也将是系统设计的另一个关键点。对丁•光栅位移信匕的处理，主要山硕件电路來实现。其小，盅要设计一个信兮处理电路以提高测量的分辨率及使系统的处理器能够识别出光栅的运动方向；除此之夕卜，还需设计显示及控制电路，以分别用于位移的显示及控制。对于光栅位移数据的处理，则碍要通过软件來实现。一方血，衞设讣位移计算程序，根据位移信弓正确地读取其屮的位移数据并il算位移.再送显示器显不。另一方血，为了对位移进行必要的操控（如位移初值设曽）.需婆设计控制程序以对控制电路输入的控制信号进行处理.实现对位移的操控。此外，需设计通信程序，以完成单片机的主从式多机通倍及主单片机与上

6、位机间的通信。归纳起來，木文的主姜研究内容包括以卜V（D分析光栅位移测量原理，为测显系统设计提供理论依据。⑵设计三维光栅位移测城系统的整体框架，并对系统进行碾件设计，上要包括细分辨向电路、主控电路、显示电路、控制电路的丿京理设计以及系统PCB设计；同时，制作测盘系统的样机。（3）设计系统的软件，分为宝机软件设il•与从机软件设计。主机软件设计生要包括主机主程序、主机与从机通信程序以及尘机与上位机通信程序的设计；而从机软件设计则主要包括从机主柠序、位移计算程序、位移显示程序、控制程序及从机与主机通信程序的设计。⑷调试系统并进厅相W的实验，包括对系统的破件及软件进

7、行以方血的调试，以及对系统的功能与性能进行实验验证。由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光淫器件称为光栅（grating）o一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在lcm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还冇利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金屈层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金屈而可以反射光，这种光栅称为反射光栅。Illlllllll—亠［f-■图2.1光栅放人图I哥2」屮.Q为兀栅的栅线宽度.hM栅的缝除览废（即选尤同除），d

8、为咒栅相邻两条栅线的距离，称其为光栅栅