基于STM32光栅细分算法在指示表检定仪上的应用.pdf

2014年11月
机床与液压
14
第42卷第21期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vol. 42 No. 2
DO:10.3969/j.issn.1001-3881.2014.21.034
基于STM32光栅细分算法在指示表检定仪上的应用
刘川,张恕远
(西华大学数控研究所,四川成都610039)
摘要:针对光栅测长在指示表检定仪上的应用缺陷,提出了一种光栅位移高精度细分的软件实现方法,在STM32上编
程对光栅的两路正交正弦信号进行采集和分析,实现莫尔条纹可逆计数和细分。该方法省去了计数和细分的外围硬件电
路,使得系统简单可靠、成本低。通过对栅距为20m的光栅进行200细分的实验研究,并采用 Renishaw激光干涉仪检验
该方法的细分精度,结果表明其精度满足要求。
关键词:STM32;光栅细分;指示表检定仪;精度
中图分类号:TH711文献标识码:A文章编号:1001-3881(2014)20-129
Application of Grating Subdivision Algorithm in Calibrator of Dial Gauge Based
on STM32
LIU Chuan, ZHANG Shuyuan
(CNC Technological Developing Institute, Xihua University, Chengdu Sichuan 610039, China)
Abstract: Aimed at the shortcoming in application of grating in calibrator of dial gauge, a method to subdivide grating di
ment with high precision was proposed which is realized via software. Through programming on STM32, the two orthogonal sinusoidal
signals on grating were sampled and analyzed to achieve reversible counting and subdivision of moire fringe. The great advantage of
method was the needless of counting and subdividing circuit thus making the system simple, reliable and cost-effective. An experiment
research was conducted to subdividing the 20 wm raster pitch into 200 folds, and Renishaw laser interferometer test demonstrated the
precision of the method. The results show that the precision meets the requirement
Keywords: STM32; Subdivision of grating; Calibrator of dial gauge; Precision
0前喜
1系统硬件结构
指示表检定仪是用来检定指示表准确度的仪器,
系统硬件结构如图1所示,光栅细分系统以
在仪表生产企业和计量检定技术机构,縉要对指示表STM32F103RBI6为主控单元,主要是它使用ARM内
各项技术指标进行检定们,要求检定仪实现0.1um核,主频较高、处理能力较强,满足细分的采集计算
的分辨率,目前检定仪多用光栅尺作为位移传感器实和显示的动态要求。
现检定。现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片洸电池
D586
上刻划而成的,由于受加工工艺的限制,刻线条数受
L431电压基准电露准
液晶显示屏
到限制,对光栅信号可逆计数获得光栅位移,但
光电池1
分辦率低。对于本系统使用光栅尺的栅距为2のいm?光电池2FuN
ARM微控制器
要求实现0.1m分辨率,可用常规硬件电路对信号
模转换
TM32F103RBT6
AD7821
进行可逆计数或细分“,或用模数转换结合硬件査
光电池3
表?细分,但电路复杂且难达到要求。为了满足要
光电池
差动放大
盘入
求,降低成本,简化电路,本文作者提出了一种实现
光栅位移细分测量的方法。该方法省去了计数电路和
图1系统硬件结构
细分电路,由单片机采集光栅的两路正交正弦信号进
信号调理选用单电源仪表运算放大器AD623,对
行数字滤波和特征值提,然后细分和误差补偿,实现四路光电池信号的两两差分放大后得到两路互差90°
了对光栅尺位移的高精度细分测量。
的正弦信号。由于放大器电源电压为5V单电源,为
收稿日期:2013-09-03
作者简介:刘川(1988-),男,研究生,研究方向为机电系统测控。E-mail:402969856@q,com