三维光栅位移测量系统的硬件设计与实现.pdf

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1、124传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第5期三维光栅位移测量系统的硬件设计与实现李深德，张向利，陶晗，韦礼凯(1．桂林电子科技大学信息与通信学院。广西桂林541004；2．桂林机床股份有限公司。广西桂林541001)摘要：为了检测机床刀具的三维位移、实时显示刀具的进刀量，提高工件的加工精度，研究并设计了一种基于光栅位移传感器的高精度三维光栅位移测量系统。分析了光栅位移传感器的测量原理，介绍了该系统的硬件设计，设计了光栅位移信号细分辨向电路、主控电路、显示电

2、路及控制电路，制作了系统电路样板，搭建了实验系统并对系统进行了实验。实验结果表明：硬件电路工作正常，系统运行稳定、测量精准，可满足机床高精度测量的生产需求。关键词：位移传感器；三维光栅；位移测量系统；硬件设计中图分类号：TP212．9；TH822文献标识码：A文章编号：1000--9787(2013)05--0124--04Hardwaredesignandrealization0f3Dgrating⋯JJ‘displacementmeaSUrementsystemLIShen—de，ZHANGXiang．1．i．，TAOHan。

3、WEILi．kai。，(1．SchoolofInformationandCommunication，GnilinUniversityofElectronicTechnology，Gnilin541004，China；2．GuilinMachineToolCoLtd，Gnilin541001，China)Abstract：Inordertodetectthethree—dimensional(3D)displacementofmachinetool，showtheamountoffeedinreal—time，andimprovet

4、heprocessingprecisionofworkpiece，a3Dgratingdisplacementmeasurementsystemwithhigh-precisionbasedongratingdisplacementsensorisresearchedanddesigned．Measurementprincipleofgratingdisplacementsensorisanalyzed．Hardwaredesignofthissystemisintroduced．Subdivisionanddirectiondi

5、scriminationeuicuitofgratingdisplacementsignal，maincontrolcircuit，displaycircuitandcontrolcircuitaredesigned．Circuitsampleboardofthesystemismade．Experimentalsystemisbulitandexperimentsareconducted．Experimentalresultsshowthatthehardwarecircuitworksproperly，thesystemope

6、ratesstablyandmeasuresaccurately，andcanmeetproductiondemandofhigh—precisionmeasurementformachinetoo1．Keywords：displacementsensor；3Dgrating；displacementmeasurementsystem；hardwaredesign0引言如：对于光栅位移信号处理电路，文献[1]使用的是4个D在机械加工过程中，传统检测机床刀具位移量的方法触发器、2个三输入与门和1个JK触发器构成，其不足点是靠读取机械

7、标尺上的刻度，这种方法的测量精度低。若之一是没有细分功能j，测量分辨率不够高；文献[2]的设在工作台上安装高精度位移传感器，通过相应的仪器将位计中使用4路数据选择器74HC153和4个D触发器移量实时显示出来，将使加工精度大幅提高。74HC175构成判向与细分电路，但经实验验证，该方案的细当前，基于光栅位移传感器(光栅尺)的位移测量技术分效果没有达到要求，遗漏了部分位移计数脉冲。广泛应用于数控机床的伺服系统和传统机床的数字化改为了检测三维的光栅位移，本文先分析了光栅位移传造。光栅位移测量系统的设计方案中主要包括：光栅感器的测量原理

8、，随后给出三维光栅位移测量系统的设计位移信号处理电路、控制单元、显示电路及功能键。这些方案都是测量一维或二维坐标，并没有提出三维的测量方案。构架，详细介绍了系统硬件的各功能电路的设计与实现，并另外，这些方案的实现各不相同，也存在不足的地方。例通过实