液压缸集成位移传感器信号调理电路设计

针对常见液压缸位移传感器在高集成、小体积环境的应用缺陷,开展了一种高集成液压缸位移传感器信号调理电路的设计研究。为获取高质量的位移检测信号,在分析了位移传感器原始信号特征的基础上,开展了直流隔离、放大、电源转换以及滤波电路等信号调理电路的研究。电路的有效性通过Multisim和Proteus进行仿真及实验验证,仿真及实验结果表明,该信号调理电路可将位移传感器原始信号转变为标准的简谐信号,便于信号的后续采样细分,为提高液压缸位移的检测精度提供了支撑。     

基于STM32光栅细分算法在指示表检定仪上的应用

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20μm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。     

基于FPGA和ARM的位移测量仪设计

光栅尺作为位移传感元件被广泛应用在光学精密测量机器和高精度的数控机床上.介绍一种采用FPGA的光栅尺位移测量仪的设计方法,通过FPGA对2个光栅传感器输出的信号分别进行细分辨向和计数,再使用ARM LPC2132对计数信号进行处理,能可靠对x-y工作台在x和y方向上的位移分别进行测量.该仪器的分辨率为0.5 μm,精度可优于±1μm.此外,所研制的位移测量仪工作可靠,结构简单,易于调试和扩展.     

直线时栅位移传感器正交激励信号源设计

时栅激励信号质量直接影响时栅磁场运动匀速性,进而决定时栅位移测量精度,因而研究高精度时栅激励信号源对于提高时栅传感器测量精度具有重要意义。针对直线时栅传感器对正交激励信号高质量的要求,采用直接频率合成技术设计满足要求的正交激励信号源。并且设计了一种有源带通滤波器用来消除干扰,提高信号质量。设计的正交激励信号具有幅值和频率可任意调节,并且具有精度较高,设计简单方便的特点。通过FPGA芯片将时栅传感器激励信号源与信号处理电路的一体化设计,最大限度地缩小时栅信号处理电路体积,并提高工作可靠性。仿真和实验结果证明了设计的有效性。这种设计方法可广泛应用于许多需要高质量激励信号的应用场合。     

直线时栅位移传感器正交激励信号源设计（英文）

时栅激励信号质量直接影响时栅磁场运动匀速性,进而决定时栅位移测量精度,因而研究高精度时栅激励信号源对于提高时栅传感器测量精度具有重要意义。针对直线时栅传感器对正交激励信号高质量的要求,采用直接频率合成技术设计满足要求的正交激励信号源。并且设计了一种有源带通滤波器用来消除干扰,提高信号质量。设计的正交激励信号具有幅值和频率可任意调节,并且具有精度较高,设计简单方便的特点。通过FPGA芯片将时栅传感器激励信号源与信号处理电路的一体化设计,最大限度地缩小时栅信号处理电路体积,并提高工作可靠性。仿真和实验结果证明了设计的有效性。这种设计方法可广泛应用于许多需要高质量激励信号的应用场合。     

视觉检测与激光精密测量在轴承加工检测中的应用

机器视觉测量技术是利用机器模拟人类视觉对待测工件的各种参数进行测量的一种新兴技术,测量速度快。利用面阵CCD传感器拍摄图像并结合相应的平面标定算法,即可测得工件的平面尺寸。此方法测量速度快,但精度相对较低。高精度激光位移传感器的测量精度较高,但测量速度相对较慢。结合以上两种视觉传感器的优点,提出一种同时具有高速、高精度特点的精密测量方法,并将其应用在精密轴承的制造、加工、检测中。     

液压伺服系统讲座(十三) 第四章 伺服放大器(续)

检测器也称传感器,用于测量系统的输出,并变换成与输出物理量成比例的电压量(或气压量),并回馈至输入端同输入信号进行比较。故也称反馈检测器或反馈传感器。根据所测量的物理量分:位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力或压力传感器和流量传感器等。其中最常用的是位移、速度、力或压力传感器。系统的控制精度在很大程度上取决于检测器的精度,检测器的精度是系统控制精度     

直线式时栅位移传感器的动态测量与频谱分析

针对直线式时栅位移传感器的结构特点,提出了动态测量的主要误差源。采用光栅尺作为母仪,直线式时栅位移传感器空间位置为光栅的测量值,将光栅测量值与直线式时栅位移传感器的预测值进行比较,从而得到动态测量的误差值。对误差值进行数据的截断和采样、异常数据剔除,然后对误差值进行幅值谱和相位谱分析,采用误差分离和谐波修正,研制高精度的直线式时栅位移传感器。     

高速高精度光栅位移传感器辨向与细分算法的设计

在实验的基础上提出了一种全新的光栅位移传感器辨向与细分算法的设计,该设计采用单片机技术和PC机强大的运算能力相结合的方法,设计了一套新颖的计大数(完整光栅线数)和计小数(数字细分)相互独立却又协调一致的方案,既实现了高倍细分,又实现了高速度(100细分、1.5m/s)测量,更好的解决了光栅传统理论中的"光栅的细分倍数与光栅位移速度互为矛盾"的观点,为高速高精度光栅位移显示装置的研究开发探索了一条新途径。实验表明该设计提高了光栅位移检测系统的抗干扰能力和可靠性。     

基于高精度位移传感器的机床主轴热变形实时测量

文章研究了高精度位移传感器在数控机床主轴热变形测量中的应用。考虑到数控机床主轴热变形在热误差研究中的重要性，文中利用基恩士公司生产的高精度CCD激光位移传感器和涡电流位移传感器，对数控机床主轴的热变形进行了实时测量。实验结果表明，所测立式铣床主轴热变形沿Y轴方向最大，在主轴转速5000r／min的条件下，约为41μm。     

High frequency bandwidth cutting force measurement in milling using capacitance displacement sensors

This article presents a method of measuring cutting forces from the displacements of rotating spindle shafts. A capacitance displacement sensor is integrated into the spindle and measures static and dynamic variations of the gap between the sensor head and the rotating spindle shaft under cutting load. To calibrate the sensing system, the tool is loaded statically while the deflection of the tool is measured with the capacitance probe. With this calibration, the displacement sensor can be used as an indirect force sensor. However, the measurement bandwidth is limited by the natural modes of the spindle structure. If cutting force frequency contents are within the range of the natural modes of the spindle structure or higher, the measurements are distorted due to the dynamic characteristics of the spindle system. In order to increase the bandwidth of the indirect force sensor by compensating for the spindle dynamics, the design of a Kalman filter scheme, which is based on the frequency response function (FRF) of the displacement sensor system to the cutting force, is presented in this paper. With the suggested sensing and signal processing method, the frequency bandwidth of the sensor system is increased significantly, from 350 to approximately 1000 Hz. The proposed indirect force sensor system is tested experimentally by conducting cutting tests up to 12,000 rpm with a five-fluted end mill. Besides cutting forces, the measured displacements can also be affected by factors such as roundness errors, unbalance at different speeds, or dilatation of the spindle shaft due to temperature variations. Methods to compensate for these disturbing effects are also described in the paper.     

铝合金点焊位移信号时频域分析与质量判定

采用分布式多传感器同步采集系统实现了铝合金点焊质量实时监测.通过位移信号时频域分析发现,喷溅焊点位移信号在40～80 Hz 范围内,Butterworth带通滤波极差达 0.5 mm 左右;未熔合或未完全熔合焊点的位移信号极差比另外两类焊点低 1.0 mm 左右.利用上述明显特征信息可以实现点焊质量人工判定.由于位移信号信噪比高,特征提取算法简洁,进一步可实现机器在线判读.同时,利用统计分析,样本197个,在合格区内焊点正确判断率达97.6%.     

径锻机夹钳简谐振动系统仿真研究

对操作机夹钳旋转简谐振动原理进行分析,总结出径锻机锤头位移和操作机夹钳间歇性旋转动作之间的对应关系,并利用Amesim搭建了径锻机夹钳简谐振动系统的仿真模型,建立了锤头位移与简谐振动液压伺服阀信号之间的函数关系,将锤头位移转化为液压伺服阀控制信号为折线、等加减速曲线、正弦曲线3种函数关系.在其余参数相同的条件下改变锻造...     

一种基于VB的超声波线切割机导轨误差的测量与补偿系统设计

以机床导轨误差理论为基础,基于VB设计了一种机床导轨误差测量与补偿系统。该系统采用光栅传感器来确定导轨的水平位置,通过电涡流位移传感器把被测量(机床导轨误差)转化成电信号,用USB2828数据采集卡的AD功能把传感器输出的电信号转化成数字信号,按传感器及驱动电源的灵敏度计算出补偿误差所需的电压值,再用采集卡的DA功能输出电信号给驱动电源。驱动电源的输出电压控制微位移器的位移(即刀尖的位移)变化,实现了导轨误差的补偿。实验结果表明测试系统的设计较合理,基本达到了补偿的要求。     

基于MM32的磁浮电机位移控制系统设计

针对现有的磁悬浮电机位移控制响应速度过慢且过载保护有缺陷的问题,设计一种基于MM32的双闭环控制系统以实现转子位移的快速控制和过载保护。以电涡流传感器对转子位置进行实时检测,结合双闭环PID控制算法,通过隔离驱动芯片UCC27714DR对控制器的输出电流进行控制,从而实现转子在平衡位置的运转和过载时的保护。实验结果表明：电机转速发生改变,控制系统在0.1 s内改变输出电流的大小使其维持平稳运转;过载时使电机以较低速度停止运转,减小过载损害。     

超声波传感器在波纹板折线焊缝跟踪中的应用

采用Banner公司生产的超声波传感器,分别在3种速度下跟踪波纹板一个波纹周期,通过TMS320LF2407A对传感器输出信号进行采样.采用快速傅里叶变换(fastfourier transform,FFT)分析采样数据,获取目标信号和干扰信号频率范围.设计了But-terworth数字滤波器,经滤波后发现,3种速度下波形一致,且在波纹板槽面与斜边交接处的折弯位置信号变化明显,而在顶面与斜边交接处的折弯位置信号变化会出现延迟或超前现象.根据超声波的传播特性分析这一现象,选择前者为检测对象.在500脉冲/s的速度下从固定起始点重复跟踪该折弯位置.结果表明,信号突变点即对应折弯位置,检测误差范围为-0.60~-0.04 mm.     

Using AC field measurement data at an arbitrary liftoff distance to size long surface-breaking cracks in ferrous metals

We propose a model-based inversion method to size long surface-breaking cracks in ferrous metals using alternative current field measurement (ACFM) data at an arbitrary liftoff distance. This method employs conjugate gradients optimization to invert measured surface ACFM signal to crack depth. To alleviate the adverse effect of sensor liftoff uncertainty on crack sizing, we propose a blind de-convolution algorithm for reconstructing respective surface ACFM crack signal. In this algorithm, the partially known filter function associated with the sensor liftoff is estimated from which the surface crack signal can be restored. The validity of the proposed inversion method is demonstrated by comparing the actual and predicted depths of several simulated and machine-made long cracks in mild steel test blocks.     

基于非线性多传感器复合定位融合算法应用研究

针对移动机器人单传感器数据短时丢失、定位精度低、传感器频率异步等问题,采用激光雷达、IMU、轮式里程计获取定位信息,提出基于扩展卡尔曼滤波和互补融合的组合数据融合方法。先通过S-G滤波算法对初始定位数据进行预处理,利用扩展卡尔曼滤波融合算法实现IMU和轮式里程计传感器的定位数据融合,得到融合数据1;再利用互补融合算法将融合数据1和激光雷达进行融合得到融合定位数据2。其中融合数据1对激光雷达进行实时补正,解决频率异步的位移偏差,从而明显提高定位精度。最后采用Gazebo仿真平台,搭建移动机器人模型以及设置传感器的基本参数,验证算法的有效性和稳定性。实验结果表明：数据融合算法提高了非线性传感器的定位精度和稳定性,并且平均定位误差在8 cm内。     

Determination of properties of graded materials by inverse analysis and instrumented indentation

In this paper, a new measurement procedure based on inverse analysis and instrumented micro-indentation is introduced. The inverse analysis is utilized to extract information from indented load–displacement data beyond usual parameters such as elastic modulus. For the initial implementation of this procedure, determination of non-linear functionally graded materials (FGMs) parameters is considered. In FGMs, the compositional profile and the effective mechanical property through the thickness are essential in verifying the fabrication process and estimating residual stresses and failure strengths. However, due to spatial variation of their properties, it is often difficult or costly to make direct measurements of these parameters. In order to alleviate the difficulties associated with testing of FGMs, we propose an effective but simple procedure based on the inverse analysis which relies solely on instrumented micro-indentation records. More specifically, the Kalman filter technique, which was originally introduced for signal/digital filter processing, is used to estimate FGM through-thickness compositional variation and a rule-of-mixtures parameter that defines effective properties of FGMs. Essentially, the inverse analysis processes the indented displacement record at several load magnitudes and attempts to make best estimates of the unknown parameters. Our feasibility study shows promising results when combined data from two differently sized indenters are employed. The procedure proposed is also applicable in estimating other physical and mechanical properties of any coating/layered materials.