三维光栅位移测量系统的软件设计与实现

李深德，张向利，唐　甜，赵江辉

(桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林　541004)

0　引言

当前，光栅位移传感器(光栅尺)的位移测量技术广泛应用于数控机床的伺服系统和传统机床的数字化改造，以提高加工精度。光栅位移测量系统的设计方案各不相同，其软件设计及功能也各不相同[1-5]。

文中先分析了光栅位移的测量原理，随后给出三维光栅位移测量系统的设计构架，详细介绍了系统软件的功能及其设计与实现。最后，通过实验验证了系统的软件设计合理、实现了相关的功能，整个系统运行稳定、测量精确。

1　光栅位移传感器测量原理

光栅位移传感器内包含了1个标尺光栅和1个指示光栅，在两光栅的作用，得到明暗相间的条纹，即莫尔条纹[6-8]。在理想条件下，莫尔条纹的波形为等腰三角波，其周期为莫尔条纹间距[6]；实际情况下，由于光源发散角的影响，及光栅衍射作用等，使莫尔条纹的三角波出现削顶和削底，形成近似的正弦波。

对实际情况下的莫尔条纹信号，因其波形近似于正弦波，基波成分丰富，谐波成分很少。以f(t)表示此正弦波的光通量，在消除信号中的高次谐波和直流分量后，则有：

f(t)=Asin(ωt+φ)

(1)

写成电压形式，得：

U(t)=Umsin(ωt+φ)

(2)

式(2)即为光栅位移传感器中1个光电元件输出的位移信号表达式。

在相距为1/4莫尔条纹间距的2个点分别安放1个光电元件，每当标尺光栅移动1个栅距，将获得1个周期、相差90°的2路正弦信号，形如式(2)表示。此信号经过放大、整形后，输出1个周期、相差90°的2路方波信号。……