光機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 名 稱(chēng)： 光機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 院 系： 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 班 級(jí)： 光信07-2 學(xué) 號(hào)： 20070239 學(xué)生姓名： 李梓霂 指導(dǎo)教師： 陶曉杰 張騰達(dá) 2010 年 12 月 5日一 總體方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)一維數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成部分，如車(chē)、銑、鉆、激光加工等各種數(shù)控設(shè)備。因此一維數(shù)控工作臺(tái)對(duì)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研都具有普遍的意義。設(shè)計(jì)一個(gè)一維數(shù)控工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)，定位精度為=0.01mm，其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作臺(tái)面板150200 承受載荷 pz = 12kg , px = 15kg ,py = 6kg 最大移動(dòng)距離 300mm 最

2、大移動(dòng)速度 2.5m/min采用聯(lián)軸器傳動(dòng)1.2 總體方案確定 1、系統(tǒng)總體基本思想： 系統(tǒng)基本原理如上圖所示，由單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，電機(jī)連著絲杠，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)移動(dòng)，由單片機(jī)測(cè)的編碼器的脈沖數(shù)，從而計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)移動(dòng)距離。綜上，設(shè)計(jì)基本思想如下:（1）機(jī)械設(shè)計(jì)通過(guò)給定的參數(shù)，計(jì)算確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，計(jì)算運(yùn)動(dòng)部件慣性，確定步進(jìn)電機(jī)，滾動(dòng)絲杠螺母計(jì)算和選型，滾珠絲桿副的計(jì)算和選型，聯(lián)軸器的計(jì)算與選型，在此基礎(chǔ)上，繪制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖。（2）電學(xué)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用了與mcs-51系列兼容的sst89e58rd單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能

3、強(qiáng)，速度快，有較高的性?xún)r(jià)比?？刂葡到y(tǒng)由mcu部分、存儲(chǔ)器擴(kuò)展部分、鍵盤(pán)與led顯示部分、i/o接口、光電耦合電路控制、步進(jìn)電機(jī)、測(cè)速部分。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。led顯示數(shù)控工作臺(tái)的狀態(tài)。（3）光學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)速部分是由光學(xué)設(shè)計(jì)部分完成，光學(xué)設(shè)計(jì)部分要求利用光柵設(shè)計(jì)一個(gè)光電傳感器，利用此傳感器可以測(cè)量步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、線(xiàn)度等信息，為數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制提供參數(shù)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)是：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步（一個(gè)步距角）至少輸出5個(gè)脈沖當(dāng)量。二機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1脈沖當(dāng)量的選定我們所設(shè)計(jì)的是半閉環(huán)式數(shù)控機(jī)床，目前在此種機(jī)床上常用的脈沖編碼器兼做位置和速度反饋。伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，傳

4、感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖控制的特種電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)電脈沖步進(jìn)電機(jī)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒定的步進(jìn)角位移，每一個(gè)脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱(chēng)謂步進(jìn)電機(jī)的步距角。因此，每脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角經(jīng)聯(lián)軸器和滾珠絲杠使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件的距離，稱(chēng)謂脈沖當(dāng)量或分辨率。應(yīng)根據(jù)機(jī)床或工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)要求的定位精度來(lái)確定脈沖當(dāng)量。考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)誤差的存在，脈沖當(dāng)量要小于定位精度。根據(jù)以上確定我的脈沖當(dāng)量為0.01.2.2工作臺(tái)外形尺寸及重量估算x向拖板尺寸：長(zhǎng)寬高 15020050重量：按重量=體積材料比重估算n工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約117n。

5、工作臺(tái)最大承重：120n工作臺(tái)總承重：237n2.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定、導(dǎo)軌型式：滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌長(zhǎng)度導(dǎo)軌（x向）工作臺(tái)長(zhǎng) 最大移動(dòng)距離 余量 取導(dǎo)軌長(zhǎng)度 、滾動(dòng)副選擇導(dǎo)軌查表初定導(dǎo)軌副型號(hào)為gta20，額定動(dòng)載荷，由計(jì)算公式：式中：l為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km）；ca為額定動(dòng)載荷）（n）；f為每個(gè)滑塊的工作載荷（n）；fh為硬度系數(shù)，5864hrc時(shí)，fh=1.0,為55hrc時(shí)，fh=0.8,為50hrc時(shí)fh=0.53；ft為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)10ooc時(shí)，ft=1;fc為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝兩個(gè)滑塊時(shí)fc=0.81,裝三個(gè)時(shí)fc=0.72，裝四個(gè)時(shí)fc=0.66；

6、fw為載荷/速度系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)或v15m/min時(shí)，fw=11.5,輕沖擊振動(dòng)或15m/minv60m/min時(shí)，fw=1.52，有沖擊振動(dòng)或v60m/min時(shí)，fw=23.5。一般導(dǎo)軌的距離期望壽命定為50km，若距離額定壽命l大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命，則滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，初選的滾動(dòng)導(dǎo)軌副可以采用，此處我們?nèi)h=1.0，ft=1，fc=0.81，fw=1.5，以導(dǎo)軌計(jì)算f=237n，代入計(jì)算得l=98.40km，充分滿(mǎn)足要求。、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作

7、臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置或時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。 2.4滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。、最大動(dòng)負(fù)載q的計(jì)算查表得系數(shù)，壽命值查表得使用壽命時(shí)間t=15000h，初選絲杠螺距t=4mm，得絲杠轉(zhuǎn)速所以 絲杠牽引力 所以最大動(dòng)負(fù)荷x向 查表，取滾珠絲杠公稱(chēng)直徑 ，選用滾珠絲杠螺母副 的型號(hào)為 cdm204-2.5-e，其額定動(dòng)載荷為4900n，足夠用。、

8、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算表2-1 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)名 稱(chēng)符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋滾道公稱(chēng)直徑20螺距接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）見(jiàn)表2-1。、傳動(dòng)效率計(jì)算式中：摩擦角；絲杠螺紋升角。、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載p引起的導(dǎo)程的變化量 所以 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差查表知e級(jí)精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠。、穩(wěn)定性驗(yàn)算由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.5步進(jìn)電機(jī)的選用、步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效

9、負(fù)載力矩為t，負(fù)載力為p，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系式中： 電機(jī)轉(zhuǎn)角； 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。若取 ，則，且，所以式中： 移動(dòng)部件負(fù)載（n）；g移動(dòng)部件重量（n）； 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（n）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）；t電機(jī)軸負(fù)載力矩（）本例中，取（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），為絲杠牽引力，。，所以若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩取安全系數(shù)為0.3，則 對(duì)于工作方式為二相八拍的三相步進(jìn)電機(jī) 、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率4、步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得jd-折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（k

10、gcm2）j0-步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）j1-滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）m-移動(dòng)部件的質(zhì)量（kg）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量算得jd=7.08查表選用110byg250型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2-2。表2-2 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型 號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸重量步距角轉(zhuǎn)動(dòng)慣量空載運(yùn)行頻率()相數(shù)電壓電流外徑長(zhǎng)度軸徑110byg25009152021203105.0110112166.52.6確定傳動(dòng)比因?yàn)槁?lián)軸器傳動(dòng)，所以傳動(dòng)比為1。因步進(jìn)電機(jī)步距角，滾珠絲杠螺距 ，脈沖當(dāng)量，系統(tǒng)傳動(dòng)比2.7聯(lián)軸器選型由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、絲杠公稱(chēng)直徑等參數(shù)，選擇hl2型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。型號(hào)公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩nm許用轉(zhuǎn)速軸孔直徑*d1

11、、d2、dz軸孔長(zhǎng)度d質(zhì)量m/kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/m2許用補(bǔ)償量鐵鋼y型j、j1、z型徑向軸向角向ll1lhl23155600560020，22,2452385212050.2530.1510.5三電學(xué)部分硬件設(shè)計(jì)一維數(shù)控工作臺(tái)采用單片機(jī)控制，單片機(jī)系統(tǒng)包括：兩路步進(jìn)電機(jī)速度控制，測(cè)量頭電機(jī)控制，32krom，32kram，6位led顯示，44鍵盤(pán)，2路編碼器輸入，4路模擬開(kāi)關(guān)。3.1 cpu板3.1.1 cpu的選擇隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多，而目前市場(chǎng)上應(yīng)用mcs-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，他們具有功能強(qiáng)大，上手容易，使用方便，且均為

12、8位，數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，mcs-96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類(lèi)要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性?xún)r(jià)比。從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來(lái)看，選用較老的8051單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無(wú)疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位mcs-96又顯得過(guò)于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機(jī)的廠(chǎng)家有intel、atmel、simens，其中在cmos器件生產(chǎn)領(lǐng)域atmel公司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。atmel公司的at89系列單片機(jī)內(nèi)含flash存儲(chǔ)器，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以

13、十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉電也不影響信息的保存；它和80c51插座兼容，并且采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。因此硬件cpu選用sst89e58rd。sst89e58rd的性能參數(shù)為：flash存儲(chǔ)器容量為4kb、16位定時(shí)器2個(gè)、中斷源6個(gè)（看門(mén)狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷1、定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷）、ram為128 b、14位的計(jì)數(shù)器wdt、i/o口共有32個(gè)。3.1.2 cpu接口設(shè)計(jì)cpu接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示：（行程開(kāi)關(guān)）前向通道傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)（電磁鐵）（步進(jìn)電機(jī)）人機(jī)界面編碼器sst89e58rd（鍵盤(pán)、led）后向通道 圖

14、3-1 cpu外部接口示意圖sst89e58rd要完成的任務(wù)：（1）將行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)讀入cpu，通過(guò)中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。（2）通過(guò)程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁鐵的運(yùn)行。（3）接受鍵盤(pán)中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)和鍵盤(pán)狀態(tài)反應(yīng)到led上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。由于sst89e58rd只有p1口和p3口是準(zhǔn)雙向口，但p3口主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行i/o擴(kuò)展?？紤]到電路的簡(jiǎn)便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的8255，所以sst89e58rd的i/o口線(xiàn)分配如下：（1）p0口、p1口用于外擴(kuò)兩個(gè)8255來(lái)擴(kuò)展i/o口；（2）p2.7、p2

15、.6用于外擴(kuò)8255;（3）p2.0用于電機(jī)控制;（4）p2.4用于編碼器輸入;（5）p2.5用于外擴(kuò)eeprom;控制系統(tǒng)部分原理圖：外擴(kuò)ram和rom: 3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿(mǎn)足快速急停、定位和退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時(shí)電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。3.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線(xiàn)行進(jìn)0.01mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電

16、偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)cpu的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在cpu上使其燒壞。圖3-4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)a相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管d起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過(guò)二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組w串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過(guò)繞組的電流不至超過(guò)額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。3.2.2 電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路 該驅(qū)動(dòng)電路也采用了光電偶合器，但其功放電路相對(duì)簡(jiǎn)單。其光電偶合部分采用的是達(dá)林頓管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。圖3-6 電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路3.3

17、傳感器和人機(jī)界面人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡(jiǎn)便，界面簡(jiǎn)潔明了。此系統(tǒng)中共有6個(gè)led，44矩陣鍵盤(pán)。設(shè)計(jì)原理如圖：圖3-8 人機(jī)界面圖此部分?jǐn)?shù)碼管采用段點(diǎn)亮，此種方法設(shè)計(jì)雖然軟件上寫(xiě)起來(lái)有些困難，但比起使用zlg7289節(jié)約成本且對(duì)于初學(xué)者書(shū)本上講的也是段點(diǎn)亮，因此考慮實(shí)用和應(yīng)用層面，所以采用此種方法。四電學(xué)部分軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化后通過(guò)鍵盤(pán)輸入工作臺(tái)要移動(dòng)的距離，輸入完畢后由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)采用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)角，并將相應(yīng)的值存到ram中，同時(shí)測(cè)量工作臺(tái)移動(dòng)距離由此確定電機(jī)轉(zhuǎn)角控制的工作臺(tái)移動(dòng)距離。中斷1累加器計(jì)數(shù)關(guān)聯(lián)移動(dòng)距離，將累加器的值存在ra

18、m中不同于上述的單元中，以方便后續(xù)比較。中斷2將存儲(chǔ)到的不同單元即電機(jī)控制工作臺(tái)移動(dòng)距離和工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)距離拿出來(lái)做比較，相同則說(shuō)明工作臺(tái)移動(dòng)距離與設(shè)定相同所以不作處理，不同則說(shuō)明工作臺(tái)移動(dòng)距離與輸入值不符，則通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制來(lái)做矯正處理。 五光學(xué)部分設(shè)計(jì)5.1 總體方案光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是采用光柵副測(cè)量絲杠轉(zhuǎn)角，該部分設(shè)計(jì)涉及到光源設(shè)計(jì)、準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì)、光柵副設(shè)計(jì)、光電探測(cè)器設(shè)計(jì)。光源設(shè)計(jì)包括一般選取點(diǎn)光源，需要去定光源類(lèi)型、型號(hào)，準(zhǔn)直鏡的作用就是叫光源的光變成平行光。光柵副設(shè)計(jì)包括主光柵的柵距、縫長(zhǎng)、縫寬設(shè)計(jì)，指示光柵結(jié)構(gòu)、參數(shù)確定，零位光柵的選取，光柵間距的確定。光電探測(cè)器類(lèi)型，一般就采用

19、光電三極管加比較電路處理，輸出為矩形脈沖型號(hào)，可以很好的與數(shù)字電路駁接。5.2 參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)要求：檢測(cè)絲杠轉(zhuǎn)角，步進(jìn)電機(jī)走一步，編碼器輸出不小于5個(gè)脈沖信號(hào)，確定主要參數(shù)。5.2.1 光源的類(lèi)型型號(hào)確定 光源我們采用led，led的特點(diǎn)非常明顯：壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射、低功耗。led的光譜幾乎全部集中在可見(jiàn)光頻段。這是采用普通光源不具有的優(yōu)勢(shì)。采用普通燈泡光源，為了使后續(xù)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)足夠大，足夠分辨，燈泡是需要有一定的功率。然而這樣就帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：一是溫升問(wèn)題，二是燈泡壽命問(wèn)題。對(duì)于高精度測(cè)量來(lái)說(shuō)，光柵的溫升會(huì)引起測(cè)量誤差；燈泡的壽命太短要經(jīng)常更換，也太麻煩。采用led類(lèi)型光源就可以避

20、免這種問(wèn)題的出現(xiàn)。 查找資料，選取一款來(lái)自深圳的led光源，型號(hào)：sst-r-3528-85105-c-12。名稱(chēng)：12v dc non-waterproof rigid 3528 led light bar (105leds/85cm)。下面為該款電源的參數(shù)：description:12vdc non-waterproof 3528 rigid light bar（105leds/85cm)item no.:sst-r-3528-85105-c-12input voltage:12vdcled type:3528 smdbeam angle120led qty:105leds/pcwatta

21、ge8.4wled spacing:8mmmin. cutting unit3ledsmin. cutting length25mmpcbaluminumdimension:l850xw8mmip ratingnaseal methodnainstallationfixing clipspackage1pc/tube，50pcs/box5.2.2 準(zhǔn)直鏡參數(shù)1透鏡的通光口徑的確定以硅光電池直接接收式光路為例，為了提高莫爾條紋的反差，減少?gòu)V源發(fā)散的影響，一般都采用平行光垂直照射光柵面，為此必須有準(zhǔn)直透鏡。透鏡的通光尺寸在平行于柵線(xiàn)方向上為 ，在垂直于柵線(xiàn)方向上為，則式中，和為燈絲發(fā)散角；為準(zhǔn)直透

22、鏡焦距；、為燈絲的長(zhǎng)度和寬度；l為與傳感器有關(guān)的值；、分別為硅光電池的長(zhǎng)度與寬度。由上式的準(zhǔn)直透鏡的通光口徑為2 透鏡的型式和焦距在上述光路中，若柵距較大而兩光柵之間間隙較小時(shí)，常采用單片平凸透鏡，并使平面朝向燈絲以減小象差；在大間隙使用時(shí)，為了減小象差，特別是色差，提高莫爾條紋的反差，應(yīng)采用雙片平凸透鏡，相對(duì)孔徑不宜大于0.8，雙片平凸透鏡不宜大于1。兩光柵間隙較大時(shí)，上述數(shù)據(jù)可適當(dāng)減小。適當(dāng)?shù)目s短焦距，可使傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，并能提高光電池上的照度。準(zhǔn)直鏡的主要作用就是將光源的光束變成平行光，因此準(zhǔn)直鏡采用一般透鏡即可，考慮到安裝長(zhǎng)度，采用小焦距的透鏡比較合適。采用焦距，直徑為25mm的透鏡可

23、以很好的將光源的光線(xiàn)變成平行光。25mm的選擇是考慮到絲杠直徑為20mm。5.2.3 光柵副設(shè)計(jì) 光柵副包括主光柵以及指示光柵，零位光柵在實(shí)現(xiàn)原理很復(fù)雜：零位光柵測(cè)量系統(tǒng)是在增量式光柵測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)量系統(tǒng)。增量式測(cè)量方法是采用“置0”來(lái)選擇工作原點(diǎn)的，它可以依據(jù)操作要求選在任一位置。零位光柵與普通光柵不同，它是一線(xiàn)紅復(fù)雜的柵線(xiàn)序列，是一種非等間隔和非等寬度的明暗相間的光柵。所以設(shè)計(jì)中就沒(méi)有設(shè)計(jì)零位光柵功能。 主光柵安裝在齒輪一端，因此選擇圓光柵。同時(shí)設(shè)計(jì)要求步進(jìn)電機(jī)每走一步編碼器至少輸出5個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)的步距角為。從工程角度考慮，步進(jìn)電機(jī)走一步，編碼器輸出6個(gè)脈沖。那么主光柵的柵距角為0.15，光柵直徑取20mm，柵距0.026mm，縫長(zhǎng)為2mm，縫寬默認(rèn)為柵距的一半。采用2500線(xiàn)/周的圓形光柵即可。而只是光柵采用直光柵即可，一般情況下指示光柵的參數(shù)與主光柵相同，即：柵距0.026mm，縫長(zhǎng)為2mm，縫寬為1mm。5.2.4 光電探測(cè)器的選擇光柵傳感器常用的光電接收元件主要有：硅光電池光電二極管光電三極管。硅光電池硅光電池使用的特點(diǎn)是：工作面積大，不需外加電源，受光照面為整機(jī)，背光照面為負(fù)極，其結(jié)構(gòu)為一薄片狀，體積不大，外形有方形和圓形兩種。也有做成多極的硅光電池。四極硅光電池其面積為10x10mm2，這是光柵傳感器經(jīng)常使用