丝杠误差测量的抗干扰技术.pdf

丝杠误差测量的杭干扰技术 华中理工大学机械学院 周艳红 刘怀兰 摘要 . 以 丝 杠导程误 差激光 干涉测 量 为 例 , 介绍 了干扰 信号检测与剃除的原理 、 方面 和结果 。 A b s tr a e t B a s e d o n lo n g le a d s e r e w le a d m e a s u r e m e n t w ith la s e r in fe r fe r o m e t e r , the Pr in e ip le , m e th o d a n d r e s u lt s fo r n o i s e e he e k - in g a n d im m u n i z in g 15 in t r o d u e e d in t his Pa - Pe r · 关键词 丝杠 测量 抗干扰 异常 。 早节廿郧~ 用圆光栅等测量角位移 , 用激光干涉仪测 量直线位移 , 通过比相或计数方法来对丝杠导 程误差作动态测量的方法 , 已在生产中广为使 用 。 但激光干涉仪的高分辨率使其能感受到微 小的振动干扰 , 整形后产生多余脉冲 ; 当电噪 声等引起的干扰幅度较大时 , 也会出现类似 的 情况 。 另外 , 对于圆光栅信号 , 同样可能 由于 电源冲击等因素造成脉冲的串入与失落 。 显然 , 采用计数法或比相法测量 , 若不能有效剃除以 上各种干扰脉冲 , 将严重影响测量精度 。 笔者 在对一台激光 5 米丝杠导程误差动态测量仪进 行微机改造精化时 , 采用本文介绍的方法对干 扰脉冲进行检测和处理 , 获得了满意的结果 。 1 . 激光信号中干扰脉冲的检测与处理 激光干涉仪的输出信号分为两路 , 正常情 况下其相位差约为耐 2 。 当干扰出现时 , 这一相 位关系将发生变化 , 而且存在一定的规律 。 图 l 是振动干扰的一种情况 。 正常情况下 A 信号 超前约 耐 2 , 反 向抖动时则 B 信号超前约 二 / 2 。 将 B 信号作为参考基准 , 判别 A 信号各脉冲上 升沿和下降沿是否正常 , 且定义 B 信号为低电 平时 A 信号上升沿为正常 , 反之为异常 ; B 信 号为高电平时 A 信号的下降沿为正常 , 反之为 图 1 振动干扰的一种情况 对于图 1 所示情况 , 由于抖动 , A 信号中 多出了三个脉冲 , 其 中脉冲 I 的上升沿正常而 下降沿异常 ; 脉冲 1 上升沿和下降沿均为异常 ; 脉冲 l 的上升沿和下降沿均正常 。 如果脉冲 I 不计数 , 脉冲 n 作减法计数 , 脉冲 l 作加法计 数 , 则抖动的影响便消除了 。 综合分析各种情 况 , 可得 出以下判别准则 : A 信号某一脉冲 , 如 其上 升沿和下降沿一个 为正常而 另一个为异 常 , 则不计数 ; 如均为异常 , 则作减法计数 ; 如 均为正常 , 则作加法计数 。 此判别准则对于 电噪声等引起的干扰脉冲 同样有较好的抑制作用 。 在经史密特触发器整 形时 , 如果噪声幅度稍大于触发阀宽度 , 则当 信号电压变化到触发 阀附近时 , 就可能使触发 器来回翻转 , 产生多余的脉冲 。 设噪声最大瞬 时值为 E , 信号幅度为 Q , 在两路激光信号同 时受到不利方向干扰 (即信号在触发电平以下 时 , 干扰 向上 ; 信号在触发 电平以上时 , 干扰 向下 ) 的最坏情况下 , 用上述判别准则可以将 E 丫 - 丁Q /4 的干扰造成的多余脉冲剃除 。 3 丁 ‘ 遥 收稿 日期 : 1 9 9 4 一 1 2 一 0 5 · 3 2 · 图 2 抗 电源等干扰能力分析 由图 2 可知 , 当 E 声 Z万 ~ Q /4 时 , 在区域 I , A 信号不稳定 , 可能出现多余脉冲 , 但 B 信 号为稳定的低电平 ; 在区域 l , B 信号不稳定 , 《机械与电子》19 5 (3 ) 但 A 信号 为稳定的高 电平 ; 在区域 班 , A 信号 不稳定 , 但 B 信号为稳定的高 电平 ; 在 区域 W , B 信号不稳定 , 但 A 信号为稳定的低电平 。 因 此 , 不论哪种情况 , 多余脉冲的上升沿和下降 沿必有一个正常而另一个为异常 。 根据判别准 则 , 这种脉冲对测量无影响 。 实际上 , 两路激光信号同时出现不利方 向 干扰且幅度均大于 丫万Q /4 的概率很小 , 故实 际的抗干扰能力高于 尸 丫厄 - Q /4 。 在微机测量系统 中 , 上述准 则用软件实现 是很方便的 , 只需几条指令 。 考虑到激光信号 频率很高 , 为节省 C PU 的时间 , 我们采用图 3 所示的 自锁式方 向判别电路来实现 。 . J Q · · D Q - 7 4 LS 7