引言
目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图如图1所示。
随着电子技术和单片机技术的发展,光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用,并逐步向智能化方向转化。
图2是利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量,它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。下面对该系统的工作原理及设计思想作以介绍。
2 电子细分与判向电路
光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。目前高分辩率的光栅尺一般造价较贵,且制造困难。为了提高系统分辩率,需要对莫尔条纹进行细分,本系统采用了电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时,在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹,随着光栅的移动,莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量,同量莫尔条纹又具有光学放大作用,其放大倍数为
(1)
式中:W为莫尔条纹宽度;d为光栅栅距(节距);θ为两块光栅的夹角,rad
在一个莫尔条纹宽度内,按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm,其光栅栅距为0.02mm,若采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲,这在一般工业测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方向,因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波,我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端,从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2,为得到判向和计数脉冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空比为1:1的方波,经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器,最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。
3单片机与接口电路
为实现可逆计数和提高测量速度,系统采用了193可逆计数器。假设工作平台运行速度为v,光栅传感器栅距为d,细分数为N,则计数脉冲的频率为
(2)
若v=1m/s,d=20μm,N=20,则f=1MHz,对应计数时间间隔为1,显然对于8031单片机系统的响应为2μs是不能胜任的。经可逆计数器分频后,可大大地提高测量速度。
由于193是4位二进制输出,为与单片机接口,把两片193采用了级联的方式,这样最多可计255个脉冲,若再来脉冲,进位端或借位端将输出一个脉冲送到单片机T0、T1端计数,保证送到8031的信号不丢失。
本系统长度最大可测几米(由光栅实际长度决定),最小分辩率为μm级,需要7个显示数据。正向运行时不显示符号,反向运行时需显示"-"号,所以连同符号位,共需8个显示块。为了符全人们应用习惯,显示块选用共阴极LED。
为实现测量系统的智能化,设置了一个2×8方式键盘矩阵,其中包括0~9共10个数字键和6个功能键:L/A长度/角度转称功能键;+/-符号转换功能键;ΔT温度误差修正功能键;EXE执行键;ENT预置键CE(清零键)。键盘、显示器与单片机之间通过一个接口芯片8155来连接。其中,8155的PA口设置辚基本输出方式,作为8位LED显示的段码线;PB口设为输出方式,作为8位LED的位选线;PC口设为输入方式,作为键盘的行扫描线。PB口侠选线每次选通1位显示,每次显示1ms,由于人眼视觉惰性,可产生8位显示块同时显示现象。
由于从前置电路74LS54出来的脉冲经过2片193分频后,直接进入8031的仅为大于255的"大"数,而小于255的"小"数是由两片193输出通过I/O接口输入到8031内部处理,这个I/O接口芯片是通过扩展一片8255实现的。其中,8255PB口设为基本输入方式,PB0-PB3作为1#193输入,PB4~PB7作为2#193输入。PA口、PC口的低位设为输出,作为系统并行BCD码输出。由于8031单片机无内ROM,应外扩展一片2732(4k EPROM)。只用PSEN片选,不必增加地址译码。为锁存8031P0口输入的地址信号,在8031和2732之间需加一片74LS373地址锁存器。
4 软件设计
根据硬件电路和系统功能要求,我们设计了软件程序,由于采用了温度误差修正子程序,可使检测的精度得到大大提高。光栅传感器是光机电一体化结构,光栅尺是由玻璃制做,外壳是由型铝材料。当环境温度变化时,必然会引起结构尺寸改变导致光栅栅距的变化,带来检测误差。设定环境温度为20℃时为检测标准值,与标准值比较测出温度变化时带来的位移误差值,即时测出位移误差一温度特殊性性曲线,由特性曲线拟合出误差一温度方程式,作为软件温度误差修正的基础。
本系统软件采用模块化结构,软件编制简洁,紧凑合理。
5结论
根据上述硬件电路和软件设计,经实验测试,系统的测精度可优于±5μm,目前,我们研制的利用光栅传感器进行长度、角度自动测量的智能仪表已形成系列产品,分辩率可从20μm到1μm,具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构紧凑、成本低等优点,已成功地应用于机库改造和相关的光电尺寸与位置检测系统中。
本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。
关键字:
阿维塔
塞力斯
华为
加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...
关键字:
AWS
AN
BSP
数字化
伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...
关键字:
汽车
人工智能
智能驱动
BSP
北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...
关键字:
亚马逊
解密
控制平面
BSP
8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。
关键字:
腾讯
编码器
CPU
8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。
关键字:
华为
12nm
EDA
半导体
8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。
关键字:
华为
12nm
手机
卫星通信
要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...
关键字:
通信
BSP
电信运营商
数字经济
北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...
关键字:
VI
传输协议
音频
BSP
北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...
关键字:
BSP
信息技术
山海路引 岚悦新程 三亚2024年8月27日 /美通社/ -- 近日,海南地区六家凯悦系酒店与中国高端新能源车企岚图汽车(VOYAH)正式达成战略合作协议。这一合作标志着两大品牌在高端出行体验和环保理念上的深度融合,将...
关键字:
新能源
BSP
PLAYER
ASIA
上海2024年8月28日 /美通社/ -- 8月26日至8月28日,AHN LAN安岚与股神巴菲特的孙女妮可•巴菲特共同开启了一场自然和艺术的疗愈之旅。 妮可·巴菲特在疗愈之旅活动现场合影 ...
关键字:
MIDDOT
BSP
LAN
SPI
8月29日消息,近日,华为董事、质量流程IT总裁陶景文在中国国际大数据产业博览会开幕式上表示,中国科技企业不应怕美国对其封锁。
关键字:
华为
12nm
EDA
半导体
上海2024年8月26日 /美通社/ -- 近日,全球领先的消费者研究与零售监测公司尼尔森IQ(NielsenIQ)迎来进入中国市场四十周年的重要里程碑,正式翻开在华发展新篇章。自改革开放以来,中国市场不断展现出前所未有...
关键字:
BSP
NI
SE
TRACE
上海2024年8月26日 /美通社/ -- 第二十二届跨盈年度B2B营销高管峰会(CC2025)将于2025年1月15-17日在上海举办,本次峰会早鸟票注册通道开启,截止时间10月11日。 了解更多会议信息:cc.co...
关键字:
BSP
COM
AI
INDEX
上海2024年8月26日 /美通社/ -- 今日,高端全合成润滑油品牌美孚1号携手品牌体验官周冠宇,开启全新旅程,助力广大车主通过驾驶去探索更广阔的世界。在全新发布的品牌视频中,周冠宇及不同背景的消费者表达了对驾驶的热爱...
关键字:
BSP
汽车制造
此次发布标志着Cision首次为亚太市场量身定制全方位的媒体监测服务。 芝加哥2024年8月27日 /美通社/ -- 消费者和媒体情报、互动及传播解决方案的全球领导者Cis...
关键字:
CIS
IO
SI
BSP
上海2024年8月27日 /美通社/ -- 近来,具有强大学习、理解和多模态处理能力的大模型迅猛发展,正在给人类的生产、生活带来革命性的变化。在这一变革浪潮中,物联网成为了大模型技术发挥作用的重要阵地。 作为全球领先的...
关键字:
模型
移远通信
BSP
高通
北京2024年8月27日 /美通社/ -- 高途教育科技公司(纽约证券交易所股票代码:GOTU)("高途"或"公司"),一家技术驱动的在线直播大班培训机构,今日发布截至2024年6月30日第二季度未经审计财务报告。 2...
关键字:
BSP
电话会议
COM
TE
8月26日消息,华为公司最近正式启动了“华为AI百校计划”,向国内高校提供基于昇腾云服务的AI计算资源。
关键字:
华为
12nm
EDA
半导体