基于FPGA实现光栅莫尔条纹高倍细分.pdf

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1、·机械研究与应用·2012年第5期(总第121期)设计与制造基于FPGA实现光栅莫尔条纹高倍细分李贵子，贾德强(1．甘肃省机械科学研究院，甘肃一M-州730030；2．甘肃省机械产品检测与技术评价重点实验室，甘肃兰州730030)摘要：对光栅莫尔条纹高倍细分技术进行研究。基于FPGA技术，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、高倍细分，通过仿真及实验表明，该系统细分倍数高、测量响应速度快，能满足高速、高精度的位移测量系统要求。关键词：光栅莫尔条纹；反正切函数；细分；FPGA

2、中图分类号：TH123．1文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)05-0101—02RealizationofgratingmoirefringesubdivisionathighmagnificationbasedonFPGALiGui—zi．JiaDe—qiang(1．Gansuacademyofmechanicalscience，LanzhouGansu730030，China；2．Keylaboratoryofmechanicalproducttestingandtechnica

3、levaluation，LanzhouGansu730030，China)Abstract：Thehightimessegmentationtechnologyofmoirefringeisresearchedinthispaper．BasedonFPGAtechnologyandusedthearctanfunctionoptimizationalgorithmtorealizethehighspeed，highprecision，hightimessegmentationofthetan—gentf

4、unction．Thesimulationandexperimentalresultsshowthatthesegmentationmultipleofthissystemishigherandthespeedofmeasuringreactionisfaster，thereforethesystemcansatisfytheneedofdisplacementmeasuringsystemhighspeedandprecision．Keywords：gratingmoirefringe；arctang

5、entfunction；segmentationtechnology；FPGA1引言Ubd=Ub—Ud=2Ucostot=Acoswt(6)纳米测量技术是解决目前和未来许多高精度、高对比式(5)、(6)，变得如表1所示0角的计算。分辨率问题的先决条件之一。作为能实现纳米级位表10角度计算表移测量的技术之一，光栅测量在微电子、超精加工、精确运动控制、精密测量等众多领域有广泛的应用前景。光栅测量法以光栅栅距为测量基准，其主要精度取决于光栅栅线的刻制精度⋯，但高线数、大长度的光栅刻制比较困难。提高计量光栅系统

6、细分倍数是提高光栅测量精度的主要技术手段，正切函数细分法从理论上能实现任意倍的细分，且能解决细分倍数与测量速度的矛盾J，笔者基于FPGA技术，通过改进正切函数的算法进行光栅信号细分算法的数字处理，通过AheraQuartusII仿真验证，表明细分数据处理速度快，精度高，系统稳定性好。2正切法光栅细分原理采用该方案对光栅信号进行细分时，在理论上能做到无穷大的细分(由小数点后面保留几位有效数光栅位移传感器(即光栅尺)输出的四路原始信号包含直流分量的电信号。字来确定)，但不影响跟踪速度。该系统的精度只与U=U

7、+Usin(tot)(1)光栅信号的调理电路和A／D转换精度有关。Ub=Uo+Usin(tot+"rr／2)(2)3测量系统工作原理U：U+Usin(tot+盯)(3)实现光栅正切函数快速高倍细分及测量，设计了Ud=U。+Usin(tot+37r／2)(4)如图1所示的测量系统，本系统全部采用VHDL语言经差分放大后滤去直流分量，得到：编程实现，通过对光栅测量系统误差的检测、分离和U=U一U。=2Usintot=Asintot(5)修正，大幅度地提高了光栅测量系统的精确度。收稿日期：2012—08—12

8、作者简介：李贵子(1979一)，男，甘肃秦安人，助理工程师，主要从事智能检测与故障诊断。·l0l·设计与制造2012年第5期(总第121期)·机械研究与应用·有可能的值存储起来之后根据输入条件进行查找符四细分辨卜__叫显示装鬣合条件的值将其读出来并输出，速度快、易实现3-4]。考虑到具体情况arctan()是1个奇函数，因此只存函数0蔫角的计算lI『兰!!储I>0的函数值，函数值之后反一个符号就叮以了。图1测量系统工作原理在编程时，笔者以光