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双轨安装现场激光对准测量系统的设计

时间:2019-03-03 18:29:17 来源:ty8天游 作者:匿名



介绍

随着中国装备制造业的快速发展和大型设备自动化和信息技术的不断完善,大型工业设备的安装精度也提出了更高的要求,因为设备的安装精度将直接影响到生产质量的产品。采用先进的光电测量技术,提高大型设备的安装精度是当务之急。目前生产设备安装现场常用的一些方法虽然简单,但安装操作人员要求高,需要大量的安装调试经验,系统精度不高,如拔线方式,划线方法,并逐节调整水平。方法。目前市场上有许多激光自动测量仪器,如大连拉特激光技术开发有限公司的系列激光检测系统,已在工程中得到很好的应用。天津大学还根据不同地点的实际需要,开发了一些自动激光测量仪器。然而,由于使用场地的复杂性以及测量范围和精度要求,有必要根据使用环境开发特定的激光测量装置以满足特定需求。本文根据大型设备超长双轨调整和安装的要求,提出了一种双光束激光准直测量系统。测量原理如图1所示。该系统由半导体激光器,光学分裂和转向部分,光接收器和液晶显示模块组成。光电接收器选择具有高分辨率和快速响应速度的位置敏感探测器(PSD)来测量双轨安装的偏差,并提高导轨安装的精度和速度。

1测量系统组成

1.1光源部分的组成

图1显示了大型设备超长双轨调整和安装激光对准测量系统。激光准直光源部分由GaAs半导体激光器,分束器和舵机组成。 GaAs半导体激光器的输出波长

在635nm处,发散角为0.2mrad,束腰半径为2mm。半导体激光器的出射光束在通过分束棱镜之后被分成两个相互垂直的光束。透射光束1用作导轨1的安装检测基准。反射光束2通过五棱镜旋转90°,然后与参考光束1平行,以用作导轨2的安装检测基准。通过光谱转向系统的精密安装调节机构保证了两个参考光束的平行度和水平度。设计的系统参考水平达到0.08 mm/m,平行度达到0.05 mm/m。1.2测量接收目标的设计

接收目标主要包括光接收装置及其信号处理显示电路。在该测量系统中,需要同时测量调节轨在水平和垂直方向上的偏移,因此选择二维枕形结构的PSD作为光电接收装置。滤波器已添加到目标设计中,以减少背景光对PSD测量精度的影响。

2接收机PSD处理电路设计

系统选择的二维PSD如图2所示。

该图的内矩形部分是PSD的有效光敏表面,X1,X2,Y1和Y2分别是4个电极。当非均匀入射光照射到PSD光敏表面上时,由于横向光电效应,在其四个电极X1,X2,Y1,Y2处产生电流输出。根据四个电极的输出电流,可以计算PSD表面上光斑的位置坐标。:其中: X1,X2,Y1,Y2分别是四个信号电极上的输出电流信号,x,y是入射光。从PSD中心的坐标点开始的点的位置坐标L是两个相邻电极之间的距离。在实际应用中,为了提高PSD输出信号的抗干扰能力,便于后续电路的设计,PSD电极输出的电流信号通常转换为电压信号,然后根据方程进行处理。 (1),信号处理电路如图1所示。所示。 Vr是PSD反向偏置电压(6V),反馈电阻器Rf的值取决于PSD光敏表面接收的光信号的强度,而其余的电阻器是相同值的精密电阻器。每个运算放大器都使用具有低温漂移和高输入阻抗的运算放大器。除法操作使用高速,高精度,线性和良好的实时模拟分频器AD538。

3PSD信号显示电路的设计

在PSD输出信号由上述电路处理后,它直接连接到计算机,计算机执行纠错,显示和存储功能。考虑到设备安装现场的环境和操作的便利性,计算机对PSD的后续信号处理由单片机改变为PSD的后续信号处理[829],并且数据的时间显示由液晶显示模块实现。如图4所示,分频器输出的x和y两个信号经过14位A/D转换后送到单片机,并直接送到液晶显示模块进行实时显示。由MCU。图4中的电平转换和限制电路将x和y电压信号转换为0至Vref的范围,以满足14位A/D转换器芯片的输入电压要求。拟合后,测量系统的X方向的标准偏差为0.002mm,Y方向的标准偏差为0.005mm,表明PSD处理系统具有高测量精度。5测量结果

在实验室条件下用二维平移表校准测量系统,并对测量结果进行最小二乘拟合。校正结果如图5所示.:稳定性实验主要反映激光源,PSD传感器和电路的漂移。 。表1显示了PSD的不同位置处斑点稳定性的实验数据。结果表明,PSD测量系统具有较高的稳定性。

5总结

本文根据激光对中原理建立了导轨安装参考,通过二维PSD检测导轨的安装误差,用于调整导轨的安装偏差。现场参考光束的平行度高于0.05mm/m,测量显示精度为0.005mm/m。该系统具有参考再现快速,轨道安装偏差实时显示等优点,大大提高了现场导轨的安装速度和精度。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]激光准直测量,半导体激光器,光接收器,奥克官方网站,北京世纪奥克

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