光栅尺的I-Q平衡式光电编码与解码方法

2021-04-12曹湛昕古宇达周延周

广东工业大学学报 2021年3期

曹湛昕，古宇达，周延周

（广东工业大学自动化学院，广东广州 510006）

光栅作为位移、速度和加速度测量器件，也是高精度高速数控机床和半导体晶圆生产设备上的标准配置器件之一，在高精度、高速自动化数控反馈闭环系统[1-2]有广泛应用。

光栅技术[3]发展主要有以下两个方向。一是基于现场可编程逻辑门阵列 (Field Programmable Gate Array, FPGA)、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)等新数字器件的数字数据处理[4-5]，需要超过现有半导体器件技术水平的高精度、高速AD转换器，以及超高速数字信号处理器。不适用于只有数字增量式编码器接口的典型伺服控制器，如西门子可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller, PLC)和可编程多轴控制器 (Programmable Multi-Axis Controller, PMAC)高级运动控制卡。由于校正参数必须离线标定，比较麻烦复杂，因此这种方法在自动化装备大规模应用受到很大限制。二是光电编码与解码，使用新光栅设计和新莫尔条纹产生方法及多个光电探测器新型排列方式。

我国光栅研究和生产可以追溯到20世纪60年代，但是我国光栅产品普遍是基于传统的教科书式的测量原理，不适合高速、高精度和高稳定性反馈自动控制系统，只适合低速平缓，微米级精度反馈自动控制系统。而且2000年以后，我国在这方面新研究比较少，且主要集中在使用FPGA、DSP等新数字器件的数据处理上，光电编码与解码研究几乎是空白。