基于光栅尺的位移测量系统设计

发布时间：2021-11-21 00:57

　　基于光栅尺的位移测量系统以其对使用环境要求低,测量分辨率高等优点,在机械制造领域应用广泛。介绍了一种基于光栅尺的全自动位移测量系统实现。测量系统通过HCTL2020对光栅尺输出的信号进行细分辨向从而提高测量精度,使用MSP430对细分后的信号进行处理,实现了对X-Y工作台上X方向的位移测量,并将测量结果发送至上位机。上位机通过串口通信发送控制命令,接收测量系统发送的测量结果,并对待测工件的尺寸加工精度进行了分析。实验证明该系统测量精度高,且工作稳定可靠、实用性好。 

【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(07)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

系统结构

光栅尺传感器主要由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光电接收元件组成[5]。用光栅传感器测位移时,待测物体移动一个栅距,输出一个脉冲。如果对其直接进行脉冲计数,位移的分辨率就是一个栅距[6],假设用每毫米500对刻线的光栅,测量精度可以达到2 μm。由于被测物体运动方向不可能一直为单向移动,正向和逆向都有可能发生。因而正向运动和逆向运动在一个周期都会有4种状态,根据4种状态的顺序不同就可以判别出光栅运动方向,正向运动时,光栅输出的A相信号超前B相信号90度,逆向运动时,光栅尺输出的A相信号滞后于B相信号90度。光栅尺输出信号为两路相位相差90度的方波信号A和B,如图2所示。系统设计中为提高测量精度,对光栅输出信号进行细分。细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,减少脉冲当量[7]。采用HCTL2020芯片对光栅尺的输出信号进行处理,根据正交编码信号之间的相位关系[8], 把输入的正交信号转换为两路信号输出:一路输出为经过细分处理后的四倍频信号,另一路输出为运动方向信号。光栅尺输出脉冲信号经细分辨向后的波形如图3所示。

系统设计中为提高测量精度,对光栅输出信号进行细分。细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,减少脉冲当量[7]。采用HCTL2020芯片对光栅尺的输出信号进行处理,根据正交编码信号之间的相位关系[8], 把输入的正交信号转换为两路信号输出:一路输出为经过细分处理后的四倍频信号,另一路输出为运动方向信号。光栅尺输出脉冲信号经细分辨向后的波形如图3所示。经细分辨向后的光栅尺信号接入控制器,即将HCTL2020的CNTDCDR引脚接到控制器的P2.1端口,控制器对输入信号进行计数和计算处理后获取X方向的实际位移。

【参考文献】：
期刊论文
[1]光栅精密位移测量技术发展综述[J]. 高旭,李舒航,马庆林,陈伟.  中国光学. 2019(04)
[2]基于光栅传感器的高精密直线位移测量及误差分析[J]. 杨乾,高龙飞,拜博晨,黄利飞,吴松林.  电子制作. 2019(07)
[3]超精密光栅尺位移测量系统[J]. 党宝生,熊显名,王献英,张文涛.  激光杂志. 2018(09)
[4]基于CPLD与单片机的光栅位移测量系统的设计[J]. 胡林.  电子测量技术. 2010(11)
[5]LabVIEW与Access数据库访问接口研究[J]. 王洪波,王枫,张彦斌,薛德庆,秘晓元.  微计算机信息. 2004(06)

硕士论文
[1]精密光栅尺可靠性试验装置研制[D]. 宋鑫.吉林大学 2019
[2]基于FPGA的光栅信号软件细分技术的研究与实现[D]. 汤攀.贵州大学 2018
[3]基于正交衍射光栅的三维位移传感器的理论研究[D]. 刘保帅.上海交通大学 2018



本文编号：3508437