光栅数显系统在点位测量中的误差分析及改进措施
4 解决方案
三坐标测量机测量是属于点位测量，它的测量系统必须具有实时数据锁存的功能，为了达到这一要求，对原有的数显表加以改进。把8253计数脉冲源断开，使8253计数器无效。在数显表内加入一附加的实验电路板(多片192计数器串连和多片373寄存器串连)，把计数脉冲引入192计数器中，寄存器的输入端与计数器相连，输出端与CPU的P1口数据总线相连，中断源同时跟微处理的中断口和寄存器相连，使中断信号可同时送到寄存器和微处理中，其改进后的基本原理框图如图6所示。为了与改装后的硬件相适应，对软件重新改写，编译写入程序存储器中。改造完成后进行测试，误差能很好地控制在1μm以内。为了充分利用微机的功能，使仪器紧凑，且提高仪器的可靠性，将数显表的功能以计算机板卡的形式实现。方案原理图如图7所示。原理图虚框内为光栅数据采集卡原理图，采用微机插卡的形式代替光栅数显表。计数器采用192或193可逆计数器，寄存器采用74LS173(其带有三态门3D锁存器)，从三维测头发出的触发脉冲接入寄存器的三态门的使能信号输入端，同时作为微机的IQR3的中断源。当触发脉冲到来时，立即把计数器里的值打入寄存器中，同时引起计算机中断，执行中断采数子程序。当没有触发脉冲时，微机循环采数，连续显示当前的坐标值。采数接口程序框图如图8所示。此程序采用C语言编写，中断子程序(函数)采用内嵌式汇编编写。按照此原理制作的光栅采数接口卡插入微机内，并与光栅传感器连接调整好后，测量精度及重复精度都能很好地控制在1μm以内，达到了设计要求。
图6 具有实时锁存功能的微机型光栅数显表原理框图
图7 光栅测量系统框图
图8 采数接口程序图
5 结论
本文分析了在设计仪器时，对不具备实时数据锁存的光栅数显表应用在点位测量场合产生的误差进行了分析，找出了产生误差的原因。因光栅测量系统类型繁多，且测量精度和适用范围不同，所以在设计机床和仪器时，应根据不同的具体情况选择不同的光栅的测量系统，如有可能因尽量了解系统的工作原理，看其是否与自己设计的机床或仪器相符合，否则有可能发生选型失误，造成不必要的损失。