专利名称：光栅智能测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用计量光栅技术测量几何量的光栅智能测量仪。
公知的光栅测几何量仪器，对光栅传感器的栅尺在位移过程中发出的莫尔条纹信号，经前置放大后，进入一个连续不断地细分、判向、译码和计数电路，整个采样过程在动态中进行，其动态采样的单位长度(L单)等于光栅刻线间距(W)除以细分数(N)，即L单＝W／N …………………………(1)目前在光栅刻线间距W＝0.01mm，细分数N＝20的光栅测量仪，一般工作极限速度不超过200mm／s。
本实用新型的目的，是解决光栅测几何量的高速采样的稳定性问题。
本实用新型的技术解决方案是设计一种新颖、结构简单而又测量速度很高的光栅智能测量仪，仪器特征在于光栅信号经信号处理电路2处理后，同时并列进入计动态莫尔条纹整数电路3和计静态莫尔条纹小数电路4，上述两路信号输出后通过接口采集。其作用是使计静态莫尔条纹小数电路与光栅运行速度无关，从而达到提高测量速度的目的。
由于本实用新型设计了在运动中仅由电路3采集整数，在停止状态由电路4采集小数，则动态计数单位长度(L单)与光栅刻度间距(W)相等，即L单＝W …………………………(2)从(2)式和(1)式比较可以看出两类采样电路，在选用相同频率响应的电子元器件的情况下，(2)式比(1)式提高测量速度为N倍，当N＝20时，提高测量速度为20倍，当N＝100时，提高测量速度为100倍，因此本实用新型大大提高了光栅测几何量的采样速度，有重要的推广应用价值。
下列附图描述了本实用新型的一个实例
图1为本实用新型的电路原理方框图；图2为光栅信号处理电路原理图；图3为计动态莫尔条纹整数电路原理图；图4为计静态莫尔条纹小数电路原理图。
图1描述了本实用新型的总体电路是由光栅传感器、采样电路、计算机三部分组成。
光栅传感器、计算机二部分不属本实用新型权利要求的限制。
采样电路包括前置放大器1、信号处理电路2、计动态莫尔条纹整数电路3，计静态莫尔条纹小数电路4、CTC接口6、PIO接口5。该部分的作用是实现光栅信号采样计数。其工作过程是当光栅传感器在栅尺位移过程中发出莫尔条纹信号，经前置放大器1放大后，输给光栅信号处理电路2进行移相整形。处理后的信号并列进入计动态莫尔条纹整数电路3和计静态莫尔条纹小数电路4，两路信号输出分别输给接口6和5进行数据采集，实现动态计整数和静态计小数的目的。
图2描述了本实用新型的光栅信号处理电路原理，图中sinφ、－cosφ、－sinφ、cosφ为经过前置放大的光栅正弦、负余弦、负正弦、余弦信号。其中sinφ和－cosφ信号分别通过电阻R1、R2进加“权”相加后，进入LM339比较器U1的正输入端－sinφ、cosφ信号通过R′1和R′2进行加权相加后进入U1的反向输入端，正反两信号在U1中进行双过零比较，从而消除了公知的比较电路由于电源不稳定和栅尺因制造质量造成的误差。
图2中R1、R′1、R2和R′2的选择原则如下R1＝R,1＝ (Rk)/(X) …………………………(3)R2＝R,2＝ (RK)/(Y) …………………………(4)(3)、(4)式中RK～两电路之间前后偶后所选取的等效匹配电阻。
X、Y～根据移相角度(即细分点)所确定的正弦、余弦的“权”值，其“权”值大小与该路中的输入电阻(R1、R′1或R2、R′2)阻值成反比，其“权”值之和为1，即X＋Y＝1。
图3描述了计动态莫尔条纹整数电路原理。经信号处理电路2处理的“计整数信号”，其上升沿经过74LS123双单稳触发电路U2的2脚，其下降沿经U2的9脚，分别进入两个单稳触发器中，经电容C1、电阻R6和电容C2、电阻R5延时，由U2的13脚输出信号上升沿的正脉冲信号和由U2的5脚输出信号下降沿的正脉冲信号，其脉冲宽度分别由R6、C1、R5、C2进行调节。U2的其余脚可按集成电路要求通过电阻R3、R4、R7接相应的高电位或低电位。U2的两输出信号和经过信号处理电路2处理的“方向控制信号”在74LS08“与”门电路U3中相“与”，其正行程的上升沿和反行程的下降沿的正脉冲信号顺利通过，并隔离其正行程的下降沿和反行程的上升沿正脉冲信号，从而得到所需的正行程和反行程的计光栅莫尔条纹整数。U3电路通过3脚和6脚输出由CTC接口U4两个口子分别统计。U4输出信号由计算机接收进行运算和处理。实现了动态采集光栅莫尔条纹整数的目的。
图4描述了计静态莫尔条纹小数电路原理。图中“移相、整形信号输入”从1～10共10个信号是光栅信号处理电路2根据移相、整形信号的要求设计出的相位差角相等的方波信号。这些信号同时进入74LS04非门电路U5、U6和74LS147数据选择电路U7、U8进行数据选择，而后通过74LS157优先编码电路U9进行编码，编码后的数据送PIO接口U10进行数据采集，U10输出信号由计算机接收进行运算和处理。实现了静态采集光栅莫尔条纹小数的目的。
权利要求1.光栅智能测量仪由光栅传感器在栅尺位移过程中发出莫尔条纹信号，经前置放大后进行采样，其特征在于1)信号采样电路由光栅信号处理电路(2)、计动态莫尔条纹整数电路(3)、计静态莫尔条纹小数电路(4)、组成，当光栅传感器在栅尺位移过程中发出莫尔条纹信号，经前置放大器(1)放大，再经光栅信号处理电路(2)处理后，同时并列进入计动态莫尔条纹整数电路(3)和计静态莫尔条纹小数电路(4)，两路信号分别输出给计算机采集。2)信号处理电路(2)由10组移相电阻及比较器U1组成，经放大的光栅信号分别接上述电阻，这些电阻双双并联移相后输给U1的正反输入端，U1输出端接电路(3)和电路(4)。3)计动态莫尔条纹整数电路(3)由双稳态触发电路U2、“与”门电路U3、接口电路U4组成，U1输出的“计整数信号”接U2的输入端，U1输出的方向控制信号“接U3的输入端，U2的输出端接U3的另一输入端，U3的输出端接U4的输入端，U4的输出信号由计算机采集，实现动态采集光栅莫尔条纹整数。4)计静态莫尔条纹小数电路(4)由“非”门电路U5、U6、数据选择电路U7、U8、数据编码电路U9、接口电路U10组成，U1输出的10组信号，其第1组信号接U9的一个输入端，第10组信号接U10的一个输入端和U7、U8的控制输入端，另有8组信号同时并联接U5、U6的输入端和U7、U8的正向输入端，U5、U6的输出端接U7、U8的反向输入端，U7、U8的输出端接U9的输入端，U9的输出信号由计算机采集，实现静态采集光栅莫尔条纹小数。
专利摘要本实用新型是一种高速光栅智能测量仪器，其特征在于信号采样电路具有光栅信号处理电路2、计动态莫尔条纹整数电路3和计静态莫尔条纹小数电路4组成。电路3由单稳触发电路、“与”门电路和接口电路组成。电路4由“非”门电路、数据选择电路、数据编码电路和接口电路组成。仪器可用于高速坐标测量和高速加工过程中的测量。
文档编号G01B11/02GK2160887SQ9220119
公开日1994年4月6日 申请日期1992年1月29日 优先权日1992年1月29日
发明者刘诗飞, 邱中尹, 黄文暄 申请人:江西东华计量测试研究所