[發明專利]一種XY平面光電式非接觸位移傳感器系統及其使用方法

在審

• 申請號: 201910353627.8
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN109974597A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 徐志祥;鐘子明;黃龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種XY平面光電式非接觸位移傳感器系統及其使用方法，屬于光電系統領域以及物聯網領域，包括計算機系統、光電系統以及運動控制系統；光電系統固定在待測物體上并與計算機系統連接，運動控制系統均與光電系統連接，用于控制待測量物體在XY方向移動；待測量物體設于基板上方。光電傳感器包括圖像處理系統、數字信號處理器和SPI接口，通過數字信號處理器對圖像傳感器采集的圖像信號進行處理，得到光電系統在X和Y方向的位移量ΔX和ΔY，再將位移量通過光電傳感器SPI接口傳輸到單片機控制芯片，經過處理后的數據通過WIFI模塊發送到計算機系統進行處理。本發明能夠實現XY兩個方向位移的同時測量、實時傳輸及位移控制，能夠解決現有技術中高速、兩個方向同時測量位移量的問題。

技術領域

本發明屬于光電系統及物聯網領域，涉及一種X-Y平面光電式非接觸位移傳感器系統及其使用方法。

背景技術

高速機械由于可以極大地提高生產效率，近年來得到了蓬勃的發展，在數控機床、機器人、電子插件機、物料分揀機等設備中得到了成功的應用。然而，由于檢測手段的制約，高速機械的運動軌跡測試都是在遠低于其工作速度下進行的，高速運行如1g以上加速度下的運動軌跡則難以檢測，給高速機械的運動軌跡分析、診斷帶來很大困難。

目前，高速機械的運動軌跡測試在遠低于其工作速度下進行測試，由于速度效應顯著，低速下的軌跡測試結果與高速、高加速下的軌跡有較大差別，用低速下的測試結果來代表或推測機械在高速下的軌跡是萬不得已的，且測試設備大多價格昂貴。目前常見的激光位移傳感器如松下HG-C1200c1400激光位移傳感器單支售價上千元，而測量精度只有5um，對測試現場的環境要求很高，不利于相關技術在高速機械的軌跡測量中進行推廣。本專利創新性使用的CMOS光學傳感器可提供非機械式跟蹤引擎，在該芯片內部可完成圖像的捕獲、數字化和數字處理，配合相關的處理電路，其成本控制在幾十元而測量分辨率卻可達到1.5um，成本低、精度高，集成度高，開拓了光電圖像傳感器的應用領域；本系統的位移精度為1.5um，極限測量速度為10.16m/s，能夠實現高速高精度X-Y兩個方向位移的同時測量，具有很好的應用前景。

發明內容

本發明提供一種XY平面光電式非接觸位移傳感器系統及其使用方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種XY平面光電式非接觸位移傳感器系統，包括計算機系統、光電系統以及運動控制系統。所述的光電系統固定在待測物體上與計算機系統連接，主要功能是測量位移變化以及發送數據給計算機系統。所述的運動控制系統包括兩個伺服電機，均與光電系統連接，用于控制待測量物體在XY方向移動。

所述的光電系統主要由光電傳感器HERO16K、STM32F0單片機控制芯片、WIFI模塊ESP8266及外圍電路組成，光電傳感器HERO16K、STM32F0單片機控制芯片、WIFI模塊ESP8266三者集成在PCB板上的，安裝在外殼中，整體通過WIFI模塊ESP8266與計算機系統進行通信。所述的光電傳感器HERO16K包括圖像采集系統、數字信號處理器和SPI接口；STM32F0單片機控制芯片有2個SPI接口，與光電傳感器SPI接口相連，多達87個高速I/O接口，串行兩線調試(SWD)；WIFI模塊ESP8266內嵌lwip協議棧，支持串口本地升級固件，支持Windows和Linux開發。所述的光電傳感器HERO16K通過圖像處理功能來實現設備位移量的實時準確測量跟蹤，再將光電傳感器處理后得到的位移信號在STM32F0單片機控制芯片控制下通過串口經WIFI模塊ESP8266將數據發送到計算機中，計算機對位移信號進行處理，并在屏幕上顯示測量結果以及進行后續的數據處理。

進一步，所述的X-Y平面光電式非接觸位移傳感器系統，包括控制系統、水平位移寄存器、垂直位移寄存器、時序電路、靈敏放大器、輸出放大器、CMOS圖像傳感器陣列。各部件的作用為：

控制系統：用于將水平、垂直位移寄存器上電荷轉化成電壓，并通過輸出放大電路放大后輸出；