开题报告4 (2)

毕业设计(论文)开题报告

题目名称：光栅位移测量仪设计

院系名称：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2011年2月

目录

一、课题设计计的任务和研究目的及意义

二、国内外该方向研究现状及分析

三、系统方案论证

四、系统电路设计思路

五、软件设计思路

六、计划进度安排

七、研究过程中可能遇到的问题和困难及解

决措施

八、参考文献

一、课题设计的任务和研究目的及意义

A、课题设计任务

1、完成传感器的设计。

2、完成调理电路的设计。

3、完成单片机及外围电路设计

4、完成细分、辨向、计数等程序设计

5、完成数据采集、处理显示等程序设计

6、完成数据的结果的分析。

7、系统调试，获得实验数据，从实验数据来分析系统的性能指标，总

结调试经验。

B、课题设计的目的及意义

当前，制造业省人化、自动化趋势进展迅猛异常，而测量作业在此过程中是不可或缺的关键环节，它与生产加工和制品运送同等重要。当今世界，提高运营效率已成为制造业面临的重大课题，制造技术也随之掀起了不断革新的浪潮。在这种注重经营和技术创新的前提下，对测量仪器行业也提出了更高的要求，即量仪产品必须实现高速、高精度和系统化，而且必须与IT 产业的发展相对应，同时应进一步加强质量管理测量技术是现代工业中的一个重要组成部分，它是进行生产活动的依据，它支撑着社会的技术进步，为众多领域的科学探索活动提供试验和观测手段，为人类有序的生产活动提供必需的技术保障。测量技术已经成为工业生产设备、安全装置、社会技术保障体系、大型高速交通运载工具、医疗系统和国防工程的核心技术。作为精密机械与精密仪器的关键技术之一的微位移技术，近年来随着微电子术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。而定位与测量技术的水平几乎左右着位移技术的发展，因此直接影响到微电子技术等高精度工业的发展。

本次毕业设计提出以光栅莫尔条纹为基础，设计光栅位移测量仪。通过对莫尔条纹的工作原理、光电转换技术和细分技术进行了分析。对莫尔条

纹进行细分，拟采用EMP7128光栅位移传感器，设计此种测量仪。

目前，光栅位移测量技术已经相当成熟，但随着现代工业技术的发展，对光栅位移测量的要求也会随之提高。为了满足更高的要求，光栅位移测量技术不但要达到更高的分辨率，还要适应更复杂的工作环境。在长度量检测系统中，光栅测量系统占有明显优势，有着广泛的市场前景。栅式测量系统是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的米制(或英制)标尺。光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级；测量速度从60m／min 至480m／min。测量长度从1m、3m至30m和100m。1999年10月在中国召开的“面向21世纪计量测试理论与仪器”研讨会认为:纳米级测量已经成为当今测量领域的热点，在新的世纪要继续解决好纳米尺度的产生、标定及传递的理论和技术，制造出更新型的纳米精度的计量测试仪器

在如此背景下，精密工作台光栅定位测量与控制系统设计也就这样应运而生，该研究能很好的满足超精密加工和超精密检测的要求，对现代工业技术的发展具有重要意义。

二、国内外该方向研究现状及分析

我国在光栅方面的研究起步较晚，于1960年前后，并在光栅和圆光栅的制造、用方面取得了许多成果。但是，我们与当今世界上主要的光栅测量装置生产厂家相比（德国的OPTION、Heidenhain公司、日本的三丰、双叶、美国的B&L公司等）有一定的差距，主要表现在：制造精度比较低、批量程度差、品种比较单一。

此外,目前发达国家在光栅技术方面均投人大量的人力物力,通过研究光栅，开发了一系列新一代的对光栅测量要求很高的设备，例如数控设备等。例如，德国的SIEMENS公司、日本的FUNAC公司等等。虽然我国数年来也不断对光栅测量方面的技术进行发展，但是出于种种原因，直到今天我国光栅测量领域依然处于比较落后的局面，我们必须对光栅技术不断加以研究和探索，从而带动整个现代工业加工的基础领域能有较大的发展，使得工业经济得到发展。

三、系统方案论证

位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量。测量方向

与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量

位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。

对位移的测量，现在有很多方法，对于精密仪器和测量计量中，采用光栅位移传感器进行位移的测量。机械工程中经常要求测量位移。测量时应当根据不同的测量对象选择测量点、测量方向和测量系统，其中传感器对测量精度影响很大，必须特别重视。

根据传感器的变换原理，常用的位移测量传感器类型有：电阻式、电阻应变片式、电容式、电感式、霍尔元件、光栅、磁量、角度编码器等位移计以及电动千分表等。

光栅有两种：透射光栅和反射光栅。透射光栅的材料为玻璃，易碎，不方便在复杂环境中的使用。反射光栅的材料为不锈钢片，并在不锈钢片表面均匀地刻上100对／m m透光镂空和不透光条纹，其线膨胀系数和机床等工业材料基本一致，故选用反射光栅。

本光栅测量系统的结构是：光栅传感器为两个光敏三极管，其输出是与光栅莫尔条纹对应的、相位不同的近正弦波状的电信号，再经差动放大、整型、细分、方向辩别等电路，最终送到可逆计数器进行计数。该系统对工作平台位移的检测是通过光栅移动产生的莫尔条纹与光电检测电路配合完成的，并以单片机为核心构成信号处理与闭环控制。光栅测量原理(如图2所示)：