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高速、高精度的直线进给运动中需要采用可以实时进行位置检测的直线导轨副进行精确定位。因此可以通过将直线导轨副与位置检测系统进行一体化设计,实现检测技术与被测系统的集成以及系统智能化。然而,目前采用检测电机转角测直线位移的方法引入的传动链误差不可量化;采用外置直线位移传感器会占用系统部分工作空间,且依赖精密机械等分的传统位移传感器精度难再提升、抗环境干扰能力弱,严重制约了其在工业现场的应用。本课题在国家自然科学基金的支持下,分析了当前机械系统中集成位移传感器的研究现状,提出了基于时变磁场的时栅直线导轨与基于TMR元件的时栅直线导轨,实现时栅与直线导轨的一体化设计。利用时栅传感技术,导轨滑块副运动过程中可同时完成导轨的导向功能以及实时位置检测功能。其优势是无需安装外置传感器,节省机构的运动空间,且内置传感器具有精度高、抗复杂环境能力强等优点。因此,时栅直线导轨一体化设计的市场应用前景广阔。本课题的主要研究工作与创新点包括:(1)分析了时栅直线导轨实现位移测量的原理,以时空坐标转换原理切入,提出了基于时变磁场的时栅直线导轨与基于TMR元件的时栅直线导轨的测量模型,以及位移解算方法。(2)结合检测原理以及导轨滑块副的结构特性,设计了时栅直线导轨的结构。针对基于时变磁场的时栅直线导轨的信号拾取模块进行三维瞬态磁场仿真分析,通过分析仿真结果对结构进行改进优化;针对基于TMR元件的时栅直线导轨信号拾取模块进行了静磁场的仿真分析,结合芯片型号确定了永磁体结构材料以及TMR芯片的空间位置。(3)对时栅直线导轨的测量实验系统进行设计,完成实验平台的搭建。对两种时栅直线导轨样机进行试制,完成实验平台机械系统、下位机测量系统以及上位机系统的设计。(4)对时栅直线导轨样机进行了实验研究验证其可行性,包括波形实验、稳定性实验以及精度实验,对实验中所存在的误差进行分析。结果表明基于TMR元件的时栅直线导轨具有较高的稳定性和测量精度。综上所述,本文主要从理论推导、仿真分析、系统设计与实验研究等几方面展开,将理论研究逐步转化为实验研究。经过实验验证,时栅直线导轨可以实现对导轨滑块副位移量的检测,实现了检测技术与被测系统的集成。