《基於平板顯示技術的主動式光柵編碼器研究》是依託上海交通大學，由黃佩森擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於平板顯示技術的主動式光柵編碼器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃佩森
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
精密平面運動控制系統在半導體積體電路生產、精密加工、精密測量、生物醫 學工程、納米製造等現代工業領域有著極其重要的套用。而要實現高精度的平面運動控制， 高精度位移測量技術必不可少。本項目利用當前快速發展的數位化平板顯示技術，提出了主 動式光柵編碼器新技術，通過對顯示屏像素進行編碼，並對相機採集到的像素圖像信號進行 處理，實現納米級的絕對位移測量，同時將該技術與氣浮平面電機技術相結合，實現大範圍 精密定位控制。主要研究內容包括：（1）主動式光柵編碼器的基礎研究；（2）主動式光柵編 碼器的計算機仿真研究；（3）主動式平面光柵編碼器的研製；（4）主動式平面光柵編碼器的 大範圍測量精度研究。通過本項目的研究，將在高精度光柵編碼器技術方面取得創新性突破， 從而對納米級位移測量及定位控制技術的發展做出貢獻。
結題摘要
本研究課題深入探討了基於主動式光柵編碼器技術的高精度位移測量和大範圍精密定位方法，利用位相估算的相關理論，開發出一種新型的高精度多自由度位置測量方法，同時設計製造了一種高精度壓電陶瓷平面電機，用於大範圍精密定位。通過理論推導，數值模擬和實驗相結合的方法，本研究取得了如下成果：1、通過理論推導設計出一種全新的相位估計算法，能夠克服離散採樣信號的缺陷，計算得到準確的信號相位，從而實現納米級別的高精度位置測量；2、將相位估計算法擴展到二維平面，可以對平面內物體的移動進行高精度測量。結合投影模型、針孔相機模型等數學手段，還可以進一步實現物體空間六自由度姿態和位置的高精度測量；3、設計了一種絕對位置測量方法，通過對二維周期圖案進行絕對編碼來實現，解決了位置測量時高解析度和大量程之間的矛盾，充分利用了主動式光柵編碼器的優勢；4、設計製作了一種高精度壓電陶瓷驅動平面電機。該電機以壓電陶瓷作為驅動裝置，通過不同模式的切換實現快速移動和精確定位，位移解析度可達納米級別；5、利用工業相機，數字顯示屏（如手機等）即可搭建可靠的實驗裝置，對平面電機進行標定，並和雷射干涉儀的測量結果進行對照。實驗結果表明，本項目提出的測量方法具有和傳統雷射干涉法近似的精度，但成本明顯降低，且操作簡便； 6、對提出的高精度多自由度位置測量方法在實際套用中存在的問題進行了深入研究，分析了部分誤差來源，並制定了相應的解決方案。通過不斷改善和最佳化，為主動式光柵編碼器和相關測量方法的實際套用打下了基礎。
