极端和特殊条件下机械传动误差检测的寄生式时栅新技术与方法

为解决大型、高速、重载、强振动、强污染等极端复杂工况下，和中空、狭窄、限重等特殊环境下机械传动全闭环检测与控制问题，延续前期时栅研究基础，首次提出一种"寄生式检测"新思想：不安装传统的光栅等位移传感器，而是直接把被测的齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条、丝杠等当作均匀分度的"齿栅"，作为新检测方法的行波产生器件，再用时钟脉冲作为位移精密测量的基准，从而将原有的机械传动副变成"带检测功能的传动副"。本方法只需在被测齿状传动件傍寄生式安装一个体积小、重量轻、非接触、不运动、密闭好的时栅测头线圈，即可达到与使用精密传感器同样的效果，实时、在线、动态输出精密位移数字化信息用于全闭环控制。本方法因摒弃使用独立的传感器而特别适用于各种极端和特殊的运动机械环境。本项课题除基础研究成果外，将提交"带检测功能的蜗轮副"和"带检测功能的轴承"实验及工程样机各2套，以及初步的示范应用报告。

通过四年完成本项目，取得以下成绩：.一、提出了全新的“精密机电系统嵌入式位置检测技术新体系”.2014年新获国家自然基金面上项目支持开展“带检伺服电机”的研发，从而和本项目研发形成互补，针对机电系统的三大环节协同研发，为研制自带位置检测功能的新一代新概念机电功能部件奠定基础：.1.机械驱动：带检伺服电机；.2.机械传动：带检齿轮、蜗轮、丝杠、齿条等；.3.机械运动：带检轴承、导轨等。.此外，还开展了共性技术的研究；.1. 寄生式时栅的误差理论分析；.2. 寄生式时栅的自修正技术。.二、形成了时栅传感器完整、系统化的三个主攻方向及目标。.1.时栅产业化，替代光栅进口，支持民族工业发展；.2.寄生式时栅，填补光栅空白，解决国家重大需求；.3.纳米时栅，超越光栅指标，形成国际重要影响。.本项目直接支持方向2，而方向3在2014年获得另一项国家自然基金重点项目“大量程纳米时栅传感测量原理及器件基础研发”的支持。.三、开展了多元化的寄生式时栅技术应用领域探索和新产品研发.先后在国防军工、超大型机床、经济型数显、数控机床、太阳能追日系统、风电齿轮箱及轴承远程监控等领域开展了探索性研发和实用技术研发。.四、取得部分典型应用成功案例.已在国防领域的两种新概念武器、 射线衍射仪特种转台、制造业的大型机床全闭环数控、手摇转台经济型数显等获得成功应用或形成产品。.五、获得一批论文、专利等阶段性成果及取得人才培养效果.项目执行期间，发表论文34篇，申报发明专利（含国际发明专利）13项，授权专利7项，团队成员刘小康获“国家百千万人才工程”中青年专家，“新世纪优秀人才支持计划”，“重庆市青年拔尖人才”等称号，彭东林被聘为重庆市“两江学者”。