專利名稱：一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于運動導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置。
技術(shù)背景運動導(dǎo)引系統(tǒng)廣泛存在于有確定性運動需要的系統(tǒng)當中，在激光干涉測 長系統(tǒng)中，靶鏡通常安裝在做直線運動的工作臺上，沿激光束方向完成直線 距離的測量。為了保證做直線運動的工作臺在給定方向上做往復(fù)直線運動， 導(dǎo)軌是必需的，常用的導(dǎo)軌形式是機械式導(dǎo)軌。對于短距離、高精度要求的 場合，使用高精度導(dǎo)軌導(dǎo)向和絲杠傳動，可以保證必要的精度；對于大長度、 中高精度的測量，若仍然完全依靠導(dǎo)軌保證導(dǎo)向精度是不合適的，因為隨著 導(dǎo)軌的加長，制造成本快速上升，而且溫度等環(huán)境條件對基準的影響大，調(diào) 整維護也很困難。因此針對特定場合的應(yīng)用，研究一種可以避免加工長導(dǎo)軌 同時保證測量精度的方法和應(yīng)用系統(tǒng)是必要的，雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌技術(shù)就是 采用雙金屬絲作為直線運動基準，利用線陣CCD對該基準作非接觸測量， 產(chǎn)生控制信號對工作臺位置進行調(diào)整，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式導(dǎo)軌系統(tǒng)，為 大長度的直線測量提供一種更簡單、更精確的方法。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中 存在的做直線運動的工作臺隨著導(dǎo)軌的加長，制造成本快速上升，而且溫度 等環(huán)境條件對基準的影響大，調(diào)整維護困難的問題。本實用新型所采用的技術(shù)方案是， 一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，包括受電機驅(qū)動的工作臺，工作臺上安裝有金屬絲照射裝置，金屬絲照射裝置包括光源和金屬絲，在光源照射金屬絲的照射區(qū)安裝有CCD探測器，CCD探測 器與單片機連接；電機的測速端口接入放大電路的輸入端，放大電路通過 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接，單片機再通過鎖存器、放大器、D/A轉(zhuǎn)換器和比 例放大電路依次連接，比例放大電路的輸出端接入電機。電機選擇TA7291S直流電機。放大電路選用OP07。單片機選用AT89S52芯片。鎖存器選用DAC0832。A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809轉(zhuǎn)換器。本實用新型的有益效果是，設(shè)備制作成本低，而且溫度等環(huán)境條件對基 準的影響小，該系統(tǒng)安裝調(diào)整方式簡單，可實現(xiàn)自動導(dǎo)向功能，因此在長距 離直線導(dǎo)引中具有較好的應(yīng)用前景。

圖1是利用紅外測距儀檢定系統(tǒng)的應(yīng)用工作原理圖； 圖2是本實用新型工作臺的部分結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型的工作原理示意圖。圖中，1、 D/A轉(zhuǎn)換器，2、電機，3、工作臺，4、金屬絲照射裝置，5、 CCD探測器，6、放大電路，7、單片機，8、鎖存器，9、放大器，10、紅 外測距儀，11、靶鏡，12、小車，13、雙頻激光干涉儀，14、光源，15、導(dǎo) 軌，16、 A/D轉(zhuǎn)換器，17、金屬絲，18、比例放大電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，為紅外測距儀檢定的應(yīng)用工作原理。 一般的被檢系統(tǒng)的長度為0~30米，紅外測距儀10和雙頻激光干涉儀13分別位于兩端，為符合 阿貝原則，兩儀器的光軸應(yīng)在同一條直線上，這樣它們發(fā)出的光經(jīng)靶鏡11 返回各自的接收器中，當被檢系統(tǒng)的長度為30米時，其要求小車12運動的 距離是30米，但又要求靶鏡11的運動工作臺在30米的長范圍內(nèi)的運動直 線度誤差不超過lmm，即要求小車12的運動直線度偏差不超過lmm。在圖1所示，為利用紅外測距儀檢定系統(tǒng)的應(yīng)用工作原理圖，紅外測距 儀10和雙頻激光干涉儀13是固定不動的，小車12在中間來回運動，但小 車12必須有導(dǎo)軌15來保證其沿紅外測距儀10和雙頻激光干涉儀13間的直 線運動，其直線度的偏差應(yīng)很小，否則光不倉^返回到接收器中。在此小車的 往返運動就可以使用雙絲來實現(xiàn)導(dǎo)引，保證其高精度的直線運動。如圖2所示，為本實用新型工作臺的部分結(jié)構(gòu)示意圖。工作時首先在工 作臺18運動方向上張緊一根金屬絲4 (簡稱張絲)，作為工作臺18直線運動 基準，光源14發(fā)出的光束將金屬絲投影在線陣CCD5表面，從而獲得金屬 絲在x、y方向的位置量，當工作臺18運動中在x、y方向發(fā)生運動偏移時， 偏移量的大小就可通過CCD反映出來，該偏移量信號經(jīng)單片機7處理后， 產(chǎn)生控制信號，控制電機17的運動，將二維工作臺進行調(diào)整，從而保證工 作臺的直線運動精度。本實用新型的結(jié)構(gòu)包括受電機2驅(qū)動的工作臺3，工作臺3上安裝有金 屬絲照射裝置4，金屬絲照射裝置4包括光源14和金屬絲17， CCD探測器 5安裝于光源14照射金屬絲17的照射區(qū)，CCD探測器5和單片機7連接； 電機2的測速端口接入放大電路6的輸入端，放大電路6通過A/D轉(zhuǎn)換器 16與單片機7連接，單片機7再通過鎖存器8、放大器9、 D/A轉(zhuǎn)換器l與比例放大電路18依次連接，比例放大電路18的輸出端接入電機2，將工作 臺3設(shè)置在小車12上，小車12沿導(dǎo)軌15直線運動。 電機2選擇東芝的TA7291S直流電機。單片機7選用了美國Atmel公司的AT89S52芯片。單片機7作為硬件的 核心，在其上的數(shù)據(jù)總線用來讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)，地址總線用來控制芯片的片 選。當片選信號選通了 A/D轉(zhuǎn)換器時，單片機用數(shù)據(jù)總線來讀取A/D轉(zhuǎn)換 的結(jié)果；當片選信號選通了D/A轉(zhuǎn)換器時，單片機使用數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)發(fā)送 到D/A轉(zhuǎn)換器中?？刂齐娐凡糠质侵笍膯纹瑱C輸出信號開始到控制電機為止。其中包括 D/A轉(zhuǎn)換器l、比例放大電路18、鎖存器8、放大器9、電機2。 D/A轉(zhuǎn)換器 1是系統(tǒng)中的一個功能單元，具有連接特性，其連接特性有以下幾個方面-輸入緩沖能力、輸入數(shù)據(jù)的寬度、輸入碼制、輸出模擬量的類型和極性。由 于D/A轉(zhuǎn)換器1是與八位的單片機7相連的，同時要求的轉(zhuǎn)換頻率大致在 lMHz，同時由于單片機7的處理量比較大，所以在D/A轉(zhuǎn)換前需要另加一 個鎖存器8，選擇DAC0832。 DAC0832是一個八位的D/A轉(zhuǎn)換器芯片，單 一電源供電，從+5—15V均可工作?；鶞孰妷悍秶鸀槭?0V，電流建立時間 為lpS,CMOS/Si-Cr工藝，低功耗20mW，芯片為二十條引腳，雙列直插式 封裝。與AT89S52系列的單片機相配置，硬件接口簡單，設(shè)計方便。由 DAC0832的輸出計算公式可以計算出其輸出值，但其輸出值是負值，況且 其輸出值不一定能夠滿足電機的最大需要電壓，其輸出的最大值 ^'max=_l2「，又因為電機的最大額定工作電壓是+12V，在其后設(shè)置一個放 大倍數(shù)為-1的反向放大器9。反饋電路部分是指從測速電機出來的信號，經(jīng)過一定的放大環(huán)節(jié)后送入A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，最后送入單片機中來實現(xiàn)電機的更精確的控制。其包括橋式 整流環(huán)節(jié)， 一定比例的放大環(huán)節(jié)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。在此模塊中，由于測速機 輸出信號有正有負，其都是反映電機速度的模擬量(電壓)，況且電機的轉(zhuǎn) 向是通過驅(qū)動芯片的兩路信號來控制的，所以為了方便將從電機測速機出來 的電壓全部轉(zhuǎn)換為正的信號。放大電路6選用AD公司的OP07。在實際測試中，當電機工作在額定 電壓下(士12V)時，測得測速電機輸出電壓最大為土11.04V，但在A/D轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)的設(shè)計中，其輸入的參考電壓(REF+)為+5V，所以要加入放大倍數(shù) 小于1的放大環(huán)節(jié)。A/D轉(zhuǎn)換器16選擇ADC0809轉(zhuǎn)換器。ADC0809是常用的八位A/D轉(zhuǎn) 換器，屬于逐次逼近型。由單一的+5V電源供電，內(nèi)部帶有鎖存功能的八路 模擬電子開關(guān)，可對0-5V的八路模擬電壓信號分時轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換需 約lOO^S的時間，輸出帶有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接與AT89S52的數(shù) 據(jù)總線相連接。如圖3所示，為本實用新型的工作原理示意圖。工作時，單片機7首先 根據(jù)CCD探測器5采集的金屬絲照射數(shù)據(jù)來發(fā)出控制指令，D/A轉(zhuǎn)換器1 出來的信號要經(jīng)過比例放大電路18后，送到電機驅(qū)動芯片TA7291中用來控 制電機2的轉(zhuǎn)速。測速電機出來的反應(yīng)電機速度的信號，在經(jīng)過整流和一定 比例的放大環(huán)節(jié)后，送到A/D轉(zhuǎn)換器的IN0端，這樣就完成了反饋環(huán)節(jié)。本實用新型利用金屬絲為材料建立導(dǎo)航系統(tǒng)的虛擬導(dǎo)軌導(dǎo)航基準，利用 線陣CCD對該基準作非接觸測量，其測量的數(shù)據(jù)相當?shù)木_，測量完后將 測量數(shù)據(jù)送入單片機，這些數(shù)據(jù)在單片機中經(jīng)過計算和處理發(fā)出，經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)最終送入電機，來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向的控制，同時電機又反饋回一些信號，有電流反饋、速度反饋和位置反饋，從而又實現(xiàn)電機的高精 度的控制，電機的高精度控制從而又保證了工作臺的高精度控制，實現(xiàn)高精 度的導(dǎo)航。本實用新型具有以下優(yōu)點節(jié)約成本，利用雙絲來實現(xiàn)導(dǎo)引，與以往傳 統(tǒng)的機械式機構(gòu)相比，質(zhì)量輕，相對于以往笨重的機械機構(gòu)來說，節(jié)約了許 多材料，只是使用兩根金屬絲就實現(xiàn)了導(dǎo)航，所以這樣就節(jié)約了許多成本。 易于調(diào)整，由于使用雙絲來導(dǎo)航，機構(gòu)簡單，同時又利用單片機來實現(xiàn)控制， 所以若出現(xiàn)偏差或誤差時，可通過修改單片機中的程序來實現(xiàn)調(diào)整，不再象 以往的機械機構(gòu)那樣完全依賴于人來實現(xiàn)調(diào)整。利用線陣CCD來實現(xiàn)檢測，將所檢測的數(shù)據(jù)送入單片機來計算和處理，單片機再將數(shù)據(jù)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換 器，最終來控制電機，同時又加入一些反饋環(huán)節(jié)實現(xiàn)高精度的控制，在特殊 要求下還可實現(xiàn)于計算機的通信，所以說此機構(gòu)實現(xiàn)了數(shù)字化。本實用新型 可廣泛應(yīng)用于大長度的直線檢測測量系統(tǒng)中。
權(quán)利要求1、一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于，包括受電機(2)驅(qū)動的工作臺(3)，工作臺(3)上安裝有金屬絲照射裝置(4)，金屬絲照射裝置(4)包括光源(14)和金屬絲(17)，在光源(14)照射金屬絲(17)的照射區(qū)安裝有CCD探測器(5)，CCD探測器(5)與單片機(7)連接；電機(2)的測速端口接入放大電路(6)的輸入端，放大電路(6)通過A/D轉(zhuǎn)換器(16)與單片機(7)連接，單片機(7)再通過鎖存器(8)、放大器(9)、D/A轉(zhuǎn)換器(1)和比例放大電路(18)依次連接，比例放大電路(18)的輸出端接入電機(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于所述 的電機(2)選擇TA7291S直流電機。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于所述 的放大電路(6)選用OP07。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于所述 的單片機(7)選用AT89S52芯片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于所述 的鎖存器(8)選用DAC0832。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，其特征在于所述 的A/D轉(zhuǎn)換器(16)選用ADC0809轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實用新型公開了一種雙絲導(dǎo)航虛擬導(dǎo)軌裝置，包括受電機驅(qū)動的工作臺，工作臺上安裝有金屬絲照射裝置，金屬絲照射裝置包括光源和金屬絲，CCD探測器安裝于光源照射金屬絲的照射區(qū)，CCD探測器和單片機連接；電機的測速端口接入放大電路的輸入端，放大電路通過A/D轉(zhuǎn)換器與單片機連接，單片機再通過鎖存器、放大器、D/A轉(zhuǎn)換器與比例放大電路依次連接，比例放大電路的輸出端接入電機。本實用新型具有節(jié)約成本，質(zhì)量輕，易于調(diào)整，機構(gòu)簡單，實現(xiàn)了數(shù)字化。本實用新型可應(yīng)用于大長度的測量，以及大長度的直線檢測系統(tǒng)中，如紅外測距儀，激光干涉測長系統(tǒng)中等。
文檔編號G01B11/02GK201107034SQ20072030492
公開日2008年8月27日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者喬衛(wèi)東, 于殿泓, 薇 馬 申請人:西安理工大學(xué)