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光电式位移量自动检测系统的研究 宋彤 (大连理工大学，大连11602．3) 擂要：本文以多楔带生产线磨楔机楔距精密定位检测为例，论述了光电式位移量自动检 测系统的基奉原理及基本硬件构成。 关健词：光栅传感器，多楔带，步进电机，伺服控制 0引言 位移量检测是工业生产机械加工过程中的一项重要指标。多楔带是汽车发动机的配套 设备。在多楔带磨楔的过程中，楔距的精确定位是十分重要的。传统的检测方法是将未加工 的整板胶带套在带辊上并启动带辊旋转运行，利用人眼定位，确定磨楔的位置和磨楔的深度。 这种测量方法劳动强度大、效率低．难以满足加工精度要求。本文介绍了～个由光栅精密轴 向测量系统和步进电机伺服驱动系统组成的光电位移控制系统，满足了多楔带磨楔机精密定 位的要求，提高了测量的自动化程度，保证了多楔带的加工质量。 L总体设计 总体框图如图l所示。 根据磨楔机本身的工序要求，A为磨楔机横向磨位置控制；B为磨楔机纵向深度控制： C为切横向控制；D为切纵向控制。 (I)光栅传感器位移测量原理 光栅传感器是一个位移传感器．它由标尺光栅、指示光栅、光阑、光电器件组成。把 指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时在指 示光栅上就会出现明暗相间的莫尔条纹。每当光栅移动一个栅距时，莫尔条纹相应地移动一 个条纹宽度。条纹宽度B与栅距w之间的关系为 B=吖2sin(o／2) (1) 式中，o是两光栅之间栅线的夹角。一般。很小．故(1)式可表示为： B=W／0 (2) 从式(2)中可以看到，条纹宽度是光栅栅距的I／o倍，o很小，则B很大，这就是光 栅的放大作j{!I。这种放大作用正是光栅检测微小位移量的基础。移动的条纹数与栅距数一一 对应，因此只要测出移动的条纹数，就可知道光栅移动的距离。 光栅测量与普通测量相比，区别在于读数方式不同。由于作为标准器的标尺光栅上刻 有间距很小的刻线对，光栅传感器通过光电读数方式对莫尔条纹周期进行测量，因此这种传 。收稿日期：21)00．03．23 2000年6月 光电式位移量自动检测系统的研究4II 感器具有性能稳定和抗干扰能力强的特点。同时，由于光栅的平均效应，即光电器件接收的 并不是某一点的条纹，而是在一定长度范围内的所有刻线产生的条纹。这样，对光栅刻线的 误差起了平均作用，从而在很大程度上消除了刻线局部误差和周期误差对测量精度的影响。 图l多楔带磨楔机自动检测系统总体框图 王 光 信 五 四 辨 计 n 号 栅 ■ 处 细 ■ 细 ■ 向 ● 数 ● 传 理 分 分 量 感 电 电 电 电 嚣 片 器 路 路 路 机 路 半忸馆号 图2光栅位移检测框图 (2)光栅位移控制系统的硬件组成 控制系统的硬件组成如图2所示。 光栅传感器输出二路相差翱正弦信号．分别进行放大处理。为了提高测量精度，对光 栅信号进行T十细分。五细分电路通过电阻链对正弦波进行相移，经组合电路组合成二路 正交信号。来自光栅的绝对零位信号经过电压比较器整形后和二路方波信号相与-获得标准 的零脉冲信号。四细分电路采用内插法对光栅栅距进行细分，得到相差的二路B誊冲CP+和 cP。经辩向电路，当光栅正向移动时．cP+有信号输出；在光栅反向运动时