【正文】 20 550MPa=66kN。V 行面壓?2m精加工后采用適當的表面處理，保證與工件的接觸精度、強度、壽命。 圖 34 工件支架及墊板廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計22 步進電機支架及轉鏡支撐件設計支撐轉鏡的轉鏡軸如圖 35 示，軸與轉鏡采用鍵連接。聯(lián)軸器如圖 36 示，聯(lián)軸器與軸采用緊固螺釘連接。電機支架如圖 37 示。軸與支架接觸采用外徑軸承6801ZZ，轉鏡兩面與電機支架間有內徑 15mm 厚度 的墊圈。圖 35 轉鏡軸圖 36 聯(lián)軸器 圖 37 轉鏡系統(tǒng)裝配圖 步進電機的選擇步進電機有反應式、永磁式和混合式。一般定子繞組有 2，3，4，5 相之分(有特殊例外) 。工作時，各繞組按一定次序、時間，把適當的電壓、電流加到各個繞組。完成這一功能的就是步進電機的驅動器。 驅動器可由通用集成電路和分立元器件搭成，也有專用集成電路。激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計23本系統(tǒng)設計中采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產的 17HS101 型步進電機，步進電機驅動器采用與其相配套的 SH2H042Mb 步進電機驅動器 ，步進電機轉速的均勻性對測量精度有一定的影響，而決定其轉速的又是驅動器的頻率，因此選好驅動器對其運行的平穩(wěn)性有極好的保證。17HS101 型步進電機參數如下：相數:2。步距角 176。相電流 。驅動電壓 DC24V。最大靜轉矩 m。相電阻。相電感 。重量 。配套驅動器 SH2H042Ma(b)。環(huán)境溫度10℃～+40℃。絕緣強度 500VDC 100MΩ。絕緣強度:B?；旌鲜椒叫坞姍C ,相同扭矩的電機其長度是 BYG 系列圓形電機的一半。 多面體轉鏡的工藝設計多面體邊轉鏡加工方法不止一種，一般的加工工藝過程如下：1）注模 注模是根據設計用溶液（金屬溶液、玻璃溶液等）繞鑄法，預先形成坯料。此法可以大大降低成本。光學玻璃加工用的是注模法。2）裝夾鏡坯多面體轉鏡的關鍵部分是鏡面本身，由于轉鏡制造較復雜，特別是大直徑的轉鏡價值昂貴，所以，鏡面與鏡體往往分別加工，然后用環(huán)氧樹脂膠合在一起，形成一個完整的轉鏡，裝夾鏡坯時，將一塊塊平面坯料一次裝夾在金屬撐架上，每塊平面鏡可以是玻璃毛坯，也可以是金屬，用環(huán)氧樹脂粘結并用螺釘緊固在撐架上，由于棱鏡高速旋轉時會產生極大的離心力，緊固工作一定要十分仔細，否則離心力可能使平面鏡表面變形，甚至使鏡體松動。3）金剛石切削鏡面切削加工時在金剛石切削機床上完成的，切削刀具實際是一顆金剛石，加工方式是車削和銑削。切削機床本身精度極高，它的心軸使用了超高精度的氣動軸承支撐這樣就能完成光學表面的成形和精細加工由于金剛石切削機床能夠直接在鏡坯上加工出光學表面，這種方法值得提倡，最常用的多面鏡的坯料是鋁合金，當然也可以用其他材料，如鎳合金，裸露在空氣中的鋁鏡比較嬌嫩，加工后最好鍍上一層介質膜保護。廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計24用肉眼觀察，金剛石切削后的表面近似于光學鏡面，但如果用顯微鏡放大，可以觀察到加工后的鏡面就像一塊很密的光柵，光束照射其上，短波段光波（如紫外光）的鏡面反射效率不高。4）拋光經過切削加工的鏡面還需拋光。這里所談的拋光與通常的玻璃透鏡或棱鏡拋光一樣，都使用瀝青研磨，瀝青是一種極精細的研磨劑。不銹鋼，鍍鉻板、鈹或者其他類似于玻璃的材料，如石英和硼硅酸玻璃做成的鏡面都能用瀝青拋光。拋光時，把待拋光的多面鏡固定在拋光機上，用瀝青和樹脂膠作拋光劑，同時添加鋁氧粉和水的混合液作為潤滑劑。鋁合金上化學鍍鎳是一種最常見的多邊棱鏡材料，鋁鍍鎳后再拋光，不但光潔度高而且經久耐用。 硬件系統(tǒng)設計 結構設計及原理結構設計激光測徑儀數據處理部分結構為圖 41 所示,包含光電信號放大、整形、變換及計數電路、單片機系統(tǒng)及顯示電路。激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計25圖 41 數據處理部分結構圖圖 42 波形圖廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計26數據處理原理圖 42 是光電管的輸出波形圖。當工件沒有置于掃描區(qū)時，光電管之輸出信號為圖中之 A1 所示。當放入被測工件時，光電管信號在光束掃描測件的時間內降為零，如圖中 A2 所示。從光電管上輸出的信號經過放大整形，削去了前后沿，如圖中之 B1 及B2 所示。B1 是無測件的情況，B2 是有測件的信號。信號 B2 送到脈沖分離電路中，經過脈沖分離、整形后輸出被測件脈沖，如圖中 C2 所示。掃描脈沖如圖中 D 所示。顯然D 這個脈沖與測件是否存在無關。然后把 C2 送到測件計數器門中，用它來開關從晶體振蕩器出來的高頻脈沖，只有當測件脈沖出現時，高頻脈沖才能通過門進到測件計數器中，如圖中 E 所示。高頻脈沖數與測件直徑成正比。同時，從脈沖分離器選擇出來的掃描信號送到掃描計數器中，在這里累計掃描次數。當掃描次數等于預先給定的某數時，便產生一個脈沖送到延時電路中，經延時電路產生兩個復制脈沖(f，G)分別作選通信號和置數清除信號，執(zhí)行電路的邏輯功能，實現電路的一次測讀過程。因此，數碼管顯示的數是高頻脈沖數，這個脈沖數并不是一次掃描被測件，而是M 次掃描所對應的脈沖數之平均值，可以消除被測件振動所造成的讀數誤差。另外，電路采用同步供電的方式，它選用 10MHz 的晶體振蕩器作為基頻，利用晶體振蕩源經分頻器分頻到 50Hz，用以控制步進電機轉速。由式(223)可以看出，δ 決定于電機轉速 n、光學系統(tǒng)焦距 f、晶體振蕩頻率 γ等三個基本參數。δ、n、f、r 四個參數之間是相互聯(lián)系又相互制約的。系統(tǒng)設計時，一般來說要首先選定 δ。δ 的選擇，一般是根據數據處理的方便性選定。當 δ 選定后，根據所選用的電機，n 也是一定的。所以光學系統(tǒng)參數 f 和電學系統(tǒng)參數 γ 就要在已確定的咨與 n 的約束情況下，根據本身的內在因素與系統(tǒng)的要求來確定。在某種意義上，δ 是聯(lián)系光學的、機械與電學的參數的一個關鍵的系統(tǒng)參數。設被測件的被測直徑為 D，其對應的信號脈沖寬度為 T，則T=D/V （41）將式(223)代入式(41)整理得D=4πnfT (42)假設高頻振蕩器的脈沖周期為 ，頻率為 γ，則在 T 時間內被測件的被測直徑所0T激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計27包含的高頻脈沖個數 A 為 （43）0T?由式(42)和式(43)可得每個高頻脈沖代表的數值是 (44)??fn4AD?則被測件的被測直徑可由下式給出: (45)n4????f當系統(tǒng)確定后，4πnf/γ=常數，被測尺寸 D 就可由高頻脈沖數 A 確定。 信號接收元件選用本系統(tǒng)光電轉換元件采用光電二極管。光 電 二 極 管 和 普 通二 極 管 一 樣 ， 也 是 由 一 個 PN 結 組 成 的 半 導 體 器 件 ， 也 具 有 單方 向 導 電 特 性 。 但 是 ， 在 電 路 中 不 是 用 它 作 整 流 元 件 ， 而 是通 過 它 把 光 信 號 轉 換 成 電 信 號 。 那 么 ， 它 是 怎 樣 把 光 信 號 轉換 成 電 信 號 的 呢 ？ 大 家 知 道 ， 普 通 二 極 管 在 反 向 電 壓 作 用 圖 43 光 電 二 極 管在 處 于 截 止 狀 態(tài) ， 只 能 流 過 微 弱 的 反 向 電 流 ， 光 電 二 極 管 在 設 計 和 制 作 時 盡 量 使PN 結 的 面 積 相 對 較 大 ， 以 便 接 收 入 射 光 。 光 電 二 極 管 是 在 反 向 電 壓 作 用 下 工 作 的 ，沒 有 光 照 時 ， 反 向 電 流 極 其 微 弱 ， 叫 暗 電 流 ； 有 光 照 時 ， 反 向 電 流 迅 速 增 大 到 幾 十微 安 ， 稱 為 光 電 流 。 光 的 強 度 越 大 ， 反 向 電 流 也 越 大 。 光 的 變 化 引 起 光 電 二 極 管 電流 變 化 ， 這 就 可 以 把 光 信 號 轉 換 成 電 信 號 。光電二扳管的主要參數有最高工作電壓、暗電流、光電流、光電靈敏度、結電容、響應時間等。而對于業(yè)余制作來講，最為關切的還是暗電流 、光電流和最高工作電壓。 光電二極管的種類很多。有用 N 型硅單晶制作的 2CU 型硅光電二極管；有用 P 型硅單晶制作的 2DU 型硅光電二極管。2DU 型光電二嵌管，卻有三條引線，分別稱前扳、后極和環(huán)極( 如圖 44 中的 2DUA、2DUB )，前極即光敏區(qū)(N)引線；后級為對底(P)引線；環(huán)極是為了減少暗電流、提高管子穩(wěn)定而設計的，通常接公共極(地線)。廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計28圖 44 光電二極管及其符號選用光電二扳管時，如果條件允許的話。盡量選用光照窗口面積大的管子，如2CU1 或 2DUB。但 2CU 型管子暗電流隨環(huán)境溫度變化大，所以在穩(wěn)定性要求較高的光電控制電路上，用 2DU 型光電二扳管最適宜。本系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求很高所以采用 2DU 系列硅光電二極管，其參數如下：型號2DU2 響應度 ~100 A 上升時間 100ns 峰??值波長 900nm 工作光譜范圍 400~1100nm。 硬件電路的設計硬件電路主要有放大電路、整形電路、晶振電路和單片機電路四大部分：放大電路：光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖 45 所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導模式時，光電二極管可實現較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。圖 45 光電二級管的工作模式本系統(tǒng)由于對速度精度要求高，實現高的切換速度是首要任務，所以，設計時采用光導模式。光電信號放大采用低噪聲寬頻帶運算放大器,以保證光電信號得到無失真放大。具體電路圖：激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計29圖 46 光電轉換前置放大電路脈沖分離、整形電路整形轉換電路采用 D 觸發(fā)器及組合邏輯電路,將已放大的雙脈沖轉換為與光闌寬度及工件直徑對應的兩個單脈沖 t 及 T。D 觸發(fā)器的現態(tài) 、次態(tài) 和輸入信號 D 的關系為 =D。nQ1n? 1nQ?圖 47 脈沖分離及整形電路晶振電路本電路的晶振選用石英晶體振蕩器，頻率為 10MHz； 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計3011G 1G 2R 1R 2C 2C 11ov 2ov+ I2v1Iv圖 48 晶振電路原理圖單片機數據處理及顯示電路設計圖 49 數據處理單片機數據處理及顯示電路單片機與 PC 機通訊電路激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計31圖 410 單片機與 PC 機通訊接口電路單片機控制步進電機電路 圖 411 單片機與步進電機接口電路 圖 412 89C51 單片機封裝引腳圖 主控器的選擇本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機作為主控制器的 CPU，運用匯編語言采用模塊化結構對其進行程序設計，其層次清晰，各功能模塊的設計與調試可分別進行，編程效率高且有利于提高系統(tǒng)的實時性。外界信號的實時響應是由中斷實現，相應的操作由對應的功能模塊完成。它的基本任務主要包括測量的直徑數據實時預處理、顯示以及與上級計算機通訊等。AT89C51 單片機封裝引腳如圖 412。廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計32 總電路圖激光掃描測徑儀系統(tǒng)的設計33 系統(tǒng)抗干擾設計硬件系統(tǒng)可靠性由多種因數決定，其中抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標，所以抗干擾設計是硬件系統(tǒng)研制中不可忽視的一個重要內容。工業(yè)生產中的干擾一般都是以脈沖的形式進入系統(tǒng)，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條:1）空間干擾，即通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)。2）過程通道干擾，干擾通過與主機相聯(lián)的前、后向通道進入。3）供電系統(tǒng)干擾。一般情況下空間干擾的強度遠小于其它兩項干擾，而且可以用良好的屏蔽和正確的接地、高頻濾波加以解決，所以硬件系統(tǒng)重點防止供電系統(tǒng)和過程通道干擾。供電系統(tǒng)的干擾及抗干擾措施任何電源和輸電線路都存在內阻，因而引起電源的噪聲干擾。為防止從電源系統(tǒng)引入的干擾，硬件系統(tǒng)采取以下幾項措施:1）使用交流穩(wěn)壓器，保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓。2）使用低通濾波器，由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)干擾源大部分是高次諧波，所以采用低通濾波器讓 50Hz 市電基波通過，濾去高次諧波，以改善電源波形。過程通道干擾及抗干擾措施過程通道是前向接口、后向接口與單片機或單片機相互之間進行信息傳輸的路徑，其中長線傳輸是主要干擾因素。系統(tǒng)中傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸時會出現延時、畸變、衰減與通道干擾。為保證長線傳輸的可靠性，主要措施有：1）光電藕合隔離采用光電藕合器將單片機和前、后向通道之間直接的電氣聯(lián)系切斷，有效地防止干擾從過程通道進入單片機。光電藕合器的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖和各種噪聲干擾，提高過程通道的信噪比。2）雙絞線傳輸在應用系統(tǒng)的長線傳輸中，雙絞線是較常用的一種，與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但阻抗高，抗共模噪聲能力強，它還能使各個小環(huán)路的電磁感應干擾相互抵消，對電磁場有一定的抑制效果。印制電路板的抗