三坐标测量仪设计
三坐标测量仪
三坐标测量仪三坐标测量仪三坐标测量仪是指在⼀个六⾯体的空间范围内，能够表现⼏何形状、长度及圆周分度等测量能⼒的仪器，⼜称为三坐标测量机或三坐标量床。
三坐标测量仪⼜可定义“⼀种具有可作三个⽅向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或⾮接触等⽅式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出⼯件的各点（x，y，z）及各项功能测量的仪器”。
三坐标测量仪的测量功能应包括尺⼨精度、定位精度、⼏何精度及轮廓精度等。
机型介绍结构型式：三轴花岗岩、四⾯全环抱的德式活动桥式结构传动⽅式：直流伺服系统+预载荷⾼精度空⽓轴承长度测量系统：RENISHAW开放式光栅尺，分辨率为0.1µm测头系统：雷尼绍控制器、雷尼绍测头、雷尼绍测针机台：⾼精度（00级）花岗岩平台使⽤环境：温度(20±2)℃，湿度40%-70%，温度梯度1℃/m，温度变化1℃/h空⽓压⼒：0.4MPa-0.6Mpa空⽓流量：25L/min长度精度MPEe：≤2.1+L/350(µm)探测球精度MPEp：≤2.1µm主要特征三轴采⽤天然⾼精密花岗岩导轨，保证了整体具有相同的热⼒学性能，避免由于三轴材质不同热膨胀系数不同所造成的机器精度误差。
花岗岩与航空铝合⾦的⽐较1.铝合⾦材料热膨胀系数⼤。
⼀般使⽤航空铝合⾦材料的横梁和Z轴在使⽤⼏年之后，三坐标的测量基准——光栅尺就会受损，精度改变。
2.由于三坐标的平台是花岗岩结构，这样三坐标的主轴也是花岗岩材质。
主轴采⽤花岗岩⽽横梁和Z轴采⽤铝合⾦等其他材质，在温度变化时会因为三轴的热膨胀系数不均同⽽引起测量精度的失真和稳定。
三轴导轨采⽤全天然花岗岩四⾯全环抱式矩形结构，配上⾼精度⾃洁式预应⼒⽓浮轴承，是确保机器精度长期稳定的基础，同时轴承受⼒沿轴向⽅向，受⼒稳定均衡，有利于保证机器硬件寿命。
3.采⽤⼩孔出⽓专利技术，耗⽓量为30L/Min，在轴承间隙形成冷凝区域，抵消轴承运动摩擦带来的热量，增加设备整体热稳定性。
三坐标测量实验报告
三坐标测量实验报告三坐标测量实验报告引言：三坐标测量是一种常用的精密测量方法，广泛应用于工业制造、航空航天等领域。
本实验旨在通过对一个立方体的测量，掌握三坐标测量的基本原理和操作方法，并分析实验结果的准确性和可靠性。
一、实验目的本实验的主要目的有以下几点：1. 熟悉三坐标测量仪的结构和使用方法；2. 掌握三坐标测量的基本原理；3. 进行立方体的三坐标测量，并分析实验结果的准确性。
二、实验仪器与原理1. 实验仪器：三坐标测量仪三坐标测量仪是一种高精度的测量仪器，主要由测量台、测头和计算机控制系统组成。
测头通过触发器与计算机相连，可以实时将测量数据传输到计算机中进行处理和分析。
2. 实验原理三坐标测量仪基于三维坐标系，通过测量目标物体上的一系列点的坐标，进而计算出该物体的尺寸和形状。
具体原理如下：- 测量点的坐标：测量仪通过测量头接触目标物体上的点，记录下该点在三维坐标系中的坐标值。
- 坐标系的建立：通过测量仪上的三个坐标轴，可以建立一个与目标物体相切的局部坐标系。
- 数据处理：将测得的坐标数据输入计算机，通过计算和分析，得到目标物体的尺寸和形状。
三、实验步骤1. 打开三坐标测量仪，进行仪器的初始化和校准。
2. 将待测立方体放置在测量台上，并固定好。
3. 选择测头，进行测量点的选择和设置。
4. 通过测量头触发器，依次对立方体的各个点进行测量，并记录下坐标值。
5. 将测得的坐标数据输入计算机，进行数据处理和分析。
6. 分析实验结果的准确性和可靠性。
四、实验结果与分析经过实验测量和数据处理，得到了立方体的尺寸和形状数据。
通过与设计值进行对比，可以评估实验结果的准确性和可靠性。
在实验中，我们发现实验结果与设计值相差较小，说明三坐标测量仪的测量精度较高。
然而，我们也注意到实验结果中存在一些误差。
这些误差可能来自于以下几个方面：1. 实验仪器的误差：三坐标测量仪本身存在一定的测量误差，需要在数据处理中进行修正。
三坐标测量机坐标系的常用建立方法
２ 测量机坐标 系建立意 义
在 零 件精 确 的测 量 中 ， 正 确 的建 立 坐 标 系 ， 与具 有精 度 的测 量 机 ， 校验 好 的测 头一 样 重要 。由于 工件
效率高（ 较传统测量手段效率要提高数十 、 数百倍 ） 、 图纸都 是 有 设 计基 准 的 ，所有 尺寸 都 是 与设 计 基 准 高柔性 （ 是多种长度计量仪器的数字化测量的替代 相 关 的 ， 要 得 到一 个 正 确 的检 测 报 告 ， 就 必 须 建立 零 工具 ） 。坐标 测量 机 多用 于零 件 测绘 ， 工 装夹 具 测量 ， 件坐标系 ， 同时 ， 在批 量 工 件 的 检 测 过 程 中 ， 只 需 建
着 突 出贡献 。测 量 机 目前 已经 在汽 车 工业 、 航 空航 天 机床工具 、 船舶工业 、 国 防军 工 、 电 子 和模 具 等 制 造 业 领域 得 到广 泛应 用 。从 表 １中可看 出 ， 相对 于传 统 测量 技 术 ，坐标 测 量 技 术 对测 量 和 后 续 工作 的便 利 性方 面有 更 好 的表 现 。
过程 找 正 ， 避免误差 ； 建立零件测量基准 ； 指 出 零 件 据 处 理 与 测 量 过程 自动 控 制 。 因此 三 坐标 测 量 机 既 放 置 与 机 器 坐标 系 不 平行 ，可 以 通过 坐 标 系 的 建 立
产 品设 计 、生 产 过程 控 制 和模 具 制 造 与 检测 方 面 有 放置 的位 置 ， 运行程序 ， 便于 自动编程 ； 能够使零 件
与数学或数字模具进行 测量 比较
尺寸 、形状和位 置的评定在一 次 安装 中即可完成 产生完整 的数字 信息 ，完成 报告 输出 、 统计 分析和 Ｃ Ａ Ｄ设计
机器的行程范 围内能找到 的工件 ， 如箱体类零件 ， 是
三坐标测量仪设计
三坐标测量仪设计三坐标测量仪是用于测量并确定三维物体形状和位置的仪器。
它由三个方向的坐标轴和一系列传感器组成，可以测量物体在三个方向上的位置和形状。
三坐标测量仪广泛应用于制造业中的精密加工、质量控制和逆向工程等领域。
在设计三坐标测量仪时，有几个重要的要素需要考虑。
首先是测量的精度和稳定性。
由于三坐标测量仪通常用于测量精度要求较高的物体，因此它的测量精度和稳定性至关重要。
设计时应选择高精度、高稳定性的传感器，并采取合适的补偿和校准方法，以确保测量结果准确可靠。
其次是机械结构的设计。
三坐标测量仪需要具有稳定可靠的机械结构，以确保测量过程中的稳定性和重复性。
机械结构应该能够承受物体的重量，并且具有足够的刚性和抗振性。
在设计过程中应该选择合适的材料和工艺，以确保机械结构的稳定性和耐用性。
另外，软件系统的设计也是三坐标测量仪的重要组成部分。
软件系统需要能够实时采集和处理传感器的信号，并进行数据处理和分析。
设计时应充分考虑软件系统的稳定性、实时性和易用性。
软件系统应该提供友好的用户界面，使操作人员能够方便地进行测量和分析，并提供相应的数据输出和报告生成功能。
在实际应用中，三坐标测量仪还需要考虑与其他设备和系统的兼容性。
例如，它可能需要与计算机、自动化设备或生产线集成使用，因此在设计时应该考虑与其他设备的接口和通信方式。
此外，三坐标测量仪还需要考虑尺寸、重量和移动性等因素，以便在不同的工作环境中灵活使用。
综上所述，设计一台高精度、高稳定性的三坐标测量仪需要综合考虑机械结构、传感器、软件系统以及其他因素。
通过合理的选择和匹配，可以设计出性能卓越、功能丰富的三坐标测量仪，以满足不同行业对精度和稳定性要求的测量需求。
三坐标测量仪测量过程实验
三坐标测量仪测量过程实验作为一种高精度测量工具，三坐标测量仪在制造业有着广泛的应用，可以测量各种形状的零部件，如机械零件、电子器件等。
三坐标测量仪的测量精度与测量过程密切相关，为了更好地了解和掌握测量过程，我们开展了一次三坐标测量仪测量过程实验。
一、实验背景三坐标测量仪是一种高精度的大型测量仪器，主要应用于制造业的三维测量领域，可以测量各种形状的零部件，例如机械零件、模具、五金制品、汽车零部件以及PCB板等。
在生产中，如果对三维坐标的精度有较高要求，可以使用三坐标测量仪作为测试工具。
二、实验目的1. 了解三坐标测量仪的基础结构和主要技术参数；2. 掌握三坐标测量仪的操作流程，包括零位校正、夹具安装、样品放置、测量操作等步骤；3. 熟悉三坐标测量仪的误差分析方法和数据处理方法；4. 完成样品的测量并分析误差，验证仪器的可靠性和精度。
三、实验设备及材料1. 三坐标测量仪；2. 标准样品；3. 计算机。
四、实验步骤1. 准备工作仔细阅读三坐标测量仪的操作手册，熟悉设备的基本结构和功能。
检查设备的各项参数，如测量范围、精度等是否符合要求。
2. 仪器零位校正将三坐标测量仪接通电源，打开计算机软件。
进入仪器零位校正界面，根据仪器的显示提示进行校正，确保仪器的基准点和测量范围的位置都正确。
3. 样品准备将标准样品放入夹具上，并将其固定好，注意夹具的安装是否稳固，以及样品放置位置是否正确。
4. 测量操作选择测量方式（点、线、面等），根据实际情况以及测量要求进行设置。
在计算机中设定好测量程序，开始进行测量操作。
5. 数据处理将测量数据导入到计算机软件中，进行数据处理和误差分析。
如果有误差超出规定值，则重新进行测量或重新分析异常点。
6. 结果分析将实验结果用图表的形式呈现出来，对测量数据和误差分析结果进行分析。
根据实验结果，对设备的可靠性和精度进行评估。
五、实验结果与分析本次实验预期的标准样品是一根直径为30mm的钢筋，测量范围为200*200*200mm，测量精度要求为±0.01mm。
三坐标测量仪技术规格书
“三坐标测量仪”技术规格书设备需求设备名称：三坐标测量仪技术要求：2.1技术参数：*2.1.1测量范围: x≥1200mm, y≥600mm, z≥500mm *2.1.2探测球精度MPEp≤2.5μm*2.1.3长度精度MPEe ≤2.2+L/400 (μm)*2.1.4 3D移动速度≥560mm/sec2.1.5 3D加速度≥1700mm/ sec²*2.1.6工作台承重≥700Kg2.1.7扫描精度≤ +/-1µm2.2测量功能：2.2.1 进行完整的几何元素测量；2.2.2 形位公差测量；2.2.3 金属钣金和塑料薄壁件测量；2.2.4曲线曲面测量；2.2.5模具测量；2.2.6激光扫描；2.2.7模型自动拼接；2.2.8可快速、完整、反复测量结构复杂的工件。
2.3软件功能：2.3.1支持完整的几何元素测量；2.3.2 尺寸和公差报告；2.3.3自动校正测头并自动生成测头路径；2.3.4 CAD数模的导入导出；；2.3.6完整的扫描与数字化逆向功能；2.3.7支持测针自动更换；2.3.8PTB完全认证。
2.4 控制系统：2.4.1能够实现真正的实时控制；2.4.2获欧洲CE认证或美国UL认证。
2.5 其它：2.5.1减震结构；2.5.2防碰撞装置；* 2.5.3气压调节阀数量≥8个和空气轴承数量≥25个。
3. 主机、附件详细清单3.1 标准配置：3.1.1主机1套；3.1.2计算机系统1套；处理器≥3GHz内存DDR≥1G硬盘≥320GB光驱独立显卡≥128M液晶显示器≥17’3.1.3控制系统1套；3.1.4软件系统1套；3.1.5测头系统1套；雷尼绍（RENISHAW）电动式可旋转/摆动自动测座，重复精度≤+0.5 μm；光栅尺：RENISHAW高分辨率、高精度光栅尺电动触发式测头，测量误差≤±1 um测针套装(1套)，包含测针个数≥9根，加长杆≥3根，测针工具等3. 2 附件3.2.1激光扫描测头及对应的扫描控制盒1套；3.2.3测针更换架1个；3.2.4操纵杆1个；3.2.5过滤系统2套；3.2.6HP彩色激光打印机1台；3.2.7脱机版教学软件40套。
精密仪器课程设计三坐标
精密仪器课程设计三坐标一、教学目标本节课的学习目标主要包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握三坐标的定义、原理和应用；技能目标要求学生能够熟练操作三坐标测量仪器，并进行简单的数据处理；情感态度价值观目标则在于培养学生对精密仪器的兴趣和好奇心，提高他们的科学素养。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括三坐标的基本概念、工作原理和应用。
首先，介绍三坐标测量仪器的结构和工作原理，通过实物展示和图解让学生直观地理解三坐标的概念。
然后，通过实例分析，让学生了解三坐标在工程制造和质量控制中的应用。
最后，结合实验，让学生亲自动手操作三坐标测量仪器，加深对三坐标的理解。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生传授三坐标的基本知识和原理。
其次，通过讨论法，让学生分组讨论三坐标在实际工程中的应用，激发学生的思考。
再次，通过案例分析法，分析具体实例，使学生更好地理解三坐标的使用。
最后，通过实验法，让学生亲身体验操作三坐标测量仪器的乐趣，提高他们的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将选择和准备以下教学资源。
首先，教材《精密仪器》相关章节，作为学生学习的基础资料。
其次，参考书和学术文章，为学生提供更多的学习资料。
再次，多媒体资料，如教学视频和图片，以直观的方式展示三坐标的工作原理和应用。
最后，实验设备，如三坐标测量仪器，为学生提供亲自动手操作的机会。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估主要包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现主要考察学生的课堂参与度、提问回答和团队协作等方面；作业则通过布置相关的练习题和项目任务，检验学生对知识的掌握和运用能力；考试则是对学生综合运用知识的能力进行评估。
通过这些评估方式，可以全面反映学生的学习成果，激发他们的学习动力。
六、教学安排本节课的教学安排将分为两个阶段进行。
三坐标测量仪毕业设计
本科毕业设计(论文)附件题目：拉刀测量仪的设计院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及自动化班级： 090202学生：张栋学号： 090202122指导教师：陈晓东2013年6月拉刀测量仪的设计摘要由于拉刀在磨齿前进行淬火处理后产生变形，导致齿距不均匀，从而使磨齿过程中不能一次调整好齿轮位置，为了提高生产效率，就要先测出每个齿间的齿距，因此拉刀测量仪就成为提高生产效率的必备机械设备。
对于拉刀测量仪的设计采用接触式测量方法，及将测头移至拉刀表面，进行在线测量，所以拉刀测量仪要满足X,Y,Z,三个方向的运动，为了满足运动的要求，采用丝杠螺母副的传动方式，所以需要进行合理的选择丝杠、电机等标准件。
为了满足制造的工艺的简单性，要进行合理的结构设计，测头部分选用能够满足在线测量的要求。
本文首先了解了丝杠的选择，导轨的选择安装，电机的选择，整体设计。
通过大致的估算床身质量，以及在满足测量精度的情况下确定每个方向的运动速度，进而确定电机，丝杠的型号。
然后画二维装配图，零件图。
通过本次设计的拉刀测量仪对于测量装置有了更深入的认识，也更好的掌握了机械的结构设计。
关键词：拉刀测量仪，丝杠，电机，导轨。
BroachMeasuring InstrumentAbstractSincebroachgrinding teethinbeforedeformationafterquenching, resulting in unevenpitch, making agrindingprocess can notadjustthe gear position, In order to improveproduction efficiency, we must first measure thedistanceof eachtoothteeth, so broachesmeasuring instrumentto improve production efficiencyhas becomeessentialequipment。
三坐标测量机测量方案设计
三坐标测量机测量方案设计1.零点和标定：在进行测量之前，需要对三坐标测量机进行零点和标定。
零点校准是将测量机的坐标系原点与实际工件的坐标系原点对应起来，以确保测量结果的准确性。
标定可以分为线性标定和非线性标定，线性标定用于消除测量机的定位误差，非线性标定用于消除测量机的长度变形误差和非直线性误差。
2.测量方向和路径：在设计测量方案时，需要确定测量的方向和路径。
测量方向通常分为X、Y和Z轴方向，根据工件的几何形状和测量要求确定具体的测量方向。
测量路径应该尽可能使用直线或圆弧路径，以最小化测量误差，并确保测量结果的稳定性和可靠性。
3.测量策略：根据实际测量需求，选择合适的测量策略。
常见的测量策略包括点测量、线测量、面测量和体测量。
点测量适用于测量工件的尺寸和位置；线测量适用于测量直线或圆弧的尺寸和位置；面测量适用于测量平面的尺寸和位置；体测量适用于测量体积和形状的尺寸和位置。
4.数据处理和分析：在测量完成后，需要对测量数据进行处理和分析。
数据处理包括数据滤波、数据平滑和数据校正等。
数据分析可以使用统计方法和图形方法，例如均值、方差和标准差分析，以评估测量结果的准确性和稳定性。
5.报告生成和记录：根据测量结果生成测量报告，并进行记录。
测量报告应包括测量结果、误差分析、测量方法和测量仪器的相关信息。
记录测量数据可以使用电子表格或数据库，以便后续的数据分析和查询。
除了以上几个方面外，还需要考虑实际的生产环境和测量要求。
例如，工件的材料、尺寸和形状会影响测量的精度和稳定性；测量时间和测量精度之间存在一定的权衡关系，需要根据实际情况进行选择；测量环境的温度和湿度等因素也会对测量结果产生影响，需要进行相应的校正和补偿。
综上所述，设计三坐标测量机的测量方案需要考虑多个方面，包括零点和标定、测量方向和路径、测量策略、数据处理和分析、报告生成和记录等。
只有在充分考虑到这些因素的情况下，才能设计出高精度和可靠性的测量方案。
毕业设计_三坐标测量机原理及应用
三坐标测量机原理及应用摘要三坐标测量机是近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。
它广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业领域中。
它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测。
如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、形体等空间型面的测量。
此外，还可以用于划线、定中心孔、光刻集成电路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。
由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。
三坐标测量机在模具行业中的应用相当广泛，它是一种设计开发、检测、统计分析的现代化的智能工具，更是模具产品无与伦比的质量技术保障的有效工具。
当今主要使用的三坐标测量机有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂式测量机和便携式测量机。
测量方式大致可分为接触式与非接触式两种。
关键词三坐标测量机传感器三维光栅尺目录第一章三坐标测量机简介第一节三坐标测量机的意义 (3)第二节三坐标测量机的研究现状 (4)第二章三坐标测量机的组成与结构第一节三坐标测量机的组成 (5)第二节三坐标测量机的结构。
(6)第三章三坐标测量机的分类及测量方法第一节三坐标测量机的分类 (8)第二节三坐标测量机的测量方法 (9)第四章三坐标测量机的应用及发展第一节三坐标测量机的应用 (10)第二节三坐标测量机的发展 (13)结束语 (15)参考文献 (16)第一章三坐标测量机简介三坐标测量机指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三次元。
三坐标测量机作为现代大型精密测量仪器已有40多年的历史，20世纪60年代以来，随着机床、机械，汽车、航空航天和电子工业的兴起，各种复杂零件的研制急需先进的检测仪器对其检测；同时，随着产品更新节奏的加快，对产品检测速度的要求也越来越高，三坐标测量机正是集合了这两个优点，得以在测量领域得到广泛的应用。
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测距传感器简介以及基于旋转编码器的汽车三坐标仪系统设计
一、测距传感器简介
1、变阻式位移传感器
变阻式位移传感器的测量原理是将被测量的变化转换成电阻变化的器件或装置称为变阻式传感器。
变阻式传感器主要分为：电位器式传感器、电阻应变片式传感器和压阻式传感器。
一般测量电路分为半桥式和全桥式。
如下图所示为测量直线和角度的变阻式传感器。
这种传感器的特点：
这种位移传感器结构简单，制造容易，工作可靠，不需要放大器，可直接接入记录仪或显示仪表。
但测量精度、工作频率较低。
2、电容式传感器
以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容器传感器。
常使用变极距式电容传感器和变面式电容传感器进行位移测量。
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为
式中: ε——电容极板间介质的介电常数, ε =ε0·εr, 其中ε0为真空介电常数, εr 为极板间介质相对介电常数;
A ——两平行板所覆盖的面积; d ——两平行板之间的距离。
A
c ε=
变极距式电容传感器：
其原理是一个为电极板固定桥，另一 极间距d 变化，d 变化电容量变化因 此，只要测出电荷量的变化，就可以 反推出位移量的变化。
如图右图所示。
变面积式电容式传感器：
变面积式电容传感器结构示意图，由两个电极 构成，其中一个为固定极板，另一个为可动极 板，两极板均成半圆形。
如图所示。
电容式传感器特点：
优点：输出与输入成线性关系 缺点：灵敏度较低。
用途：测量较大线位移或角位移。
3、电感式传感器
电感式传感器是把被测量转换为电感量变 化的一种装置，有自感式、互感式和电涡流式。
电感式位移传感器举例： 自感型：
工作原理是通过衔铁的移动得到两衔铁之间的 距离从而引起磁阻的变化，最终电感值有了变 化。
自感是回路的本身属性，与通电线圈的电 流大小无关，仅与几何形状、大小及周围介质 的磁导率有关。
如图所示。
涡流型：
传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。
电涡流效应：线圈的 等效阻抗Z 因产生电涡流而发生变化的现象。
式中： δ——线圈与金属板间距离
ρ——金属板的电阻率 μ——金属板的磁导率 ω ——线圈激磁圆频率
变化δ , 可作为位移、振动测量 ; 变化ρ 或μ值 , 可作为材质鉴别或探伤。
原理示意图
,,,(ω
μρδf Z =
4、超声波测距传感器
工作原理：超声波在同种媒质中以恒定速率传播，在不同媒质的界面处会产生反射。
利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。
特点：价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波。
注意事项：使用时须采用合适的频率和波长，频率取得太低时，易受外界杂音干扰；频率取得太高时，在传播过程中衰减较大。
5、红外测距传感器
工作原理：高频调制的红外线在待测距离上往返产生的相位移推算出光束穿越时间△t，从而根据D＝C△t/2 得到距离D。
特点：自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。
其缺点是1、抗干扰性较差，受环境光影响较大；2、探测物体的颜色、表面光滑程度不同，反射回的红外线强弱就会有所不同，影响测距的精度。
二、基于旋转编码器的汽车三坐标仪系统设计
1、汽车三坐标仪系统的总体结构
在汽车维修中三维测量工作是必不可少的，它贯穿维修的整个过程。
车身检测、变形部件的恢复控制、更换板件的定位等工作都需要用测量的方法来控制。
有许多维修技师往往通过经验来进行车身维修，以经验来控制维修进程的方法不但不能保证车身尺寸的准确性，还会导致汽车车身尺寸偏斜或性能受到影响。
因此开发一套基于单片机的USB接口的车身位置
测量与数据采集和传输系统具有十分重要的实际意义。
三坐标仪实物如图所示。
基于旋转编码器的汽车三坐标仪由机械和测控单元两部分组成。
控制部分是基于USB 接口的数据采集系统。
主控制芯片采用内部集成USB 接口功能控制器的C8051F320，计数器的扩展采用8253芯片，软件系统主要包括固件程序、驱动程序和上位机应用程序。
总体方案如图所示。
2、数据采集模块介绍
在数据采集模块中，我们将采用增量式的编码器作为系统的传感器来收集所需的位置信息。
增量式编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感器。
当控制对象发生位置变化时,光电编码器便会发出A 、B 两路相位差90°的数字脉冲信号。
正转时A 超前B 为 90°,反转时B 超前A 为90°。
脉冲的个数与位移量成比例关系,因此 ,
通过对脉冲计数就能计算出
相应的位移。
该方法不仅使用方便、测量准确,而且成本较低 ,在电力拖动系统中经常采用这种位置测量方法。
使用增量式编码器测量位移 ,准确无误的计数起着决定性作用。
由于在位置控制系统中,电机既可以正转 ,又可以反转 ,所以要求计数器既能实现加计数 ,又能实现减计数。
相应的计数方法可以用软件实现 ,也可以用硬件实现。
使用软件方式对编码器的脉冲进行方向判别和计数降低了系统控制的实时性 ,尤其当使用编码器的数量较多时 ,且其可靠性也不及硬件电路。
但其外围电路比较简单 ,所以在计数频率不高的情况下 ,使用软件计数仍有一定的优势。
对编码器中输出的两路脉冲进行计数主要分两个步骤:首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相 ,即判别电机是正转还是反转;其次是进行加减计数 ,正转时加计数 ,反转时减计数。
脉冲鉴相的方法比较多,既可以用软件实现,也可以
用一个D触发器实现。
下图是编码器正反转时输出脉冲的
相位关系。
由图中编码器输出波形可以看出 ,编码器正转时A
相超前B 相90°,在A相脉冲的下降沿处,B相为高电平；
而在编码器反转时 ,A相滞后B相90°,在A相脉冲的下
降沿处,B相输出为低电平。
这样,编码器旋转时通过判断
B 相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向。
下图给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电
路,鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成 ,计数电
路用3片8253组成。
当光电编码器顺时针旋转时,A相超前B相90°,D触发器输出 Q(W1)为高电平,Q(W2)为低电平,与非门N1打开,计数脉冲通过(W3) ,送至双向计数器8253的脉冲输入端CLK0,进行计数；此时,与非门N2关闭 ,其输出为高电平(W4)。
当光电编码器逆时针旋转时,A相比B相延迟90°,D触发器输出 Q(W1)为低电平,Q(W2)为高电平,与非门N1关闭,其输出为高电平(W3)；此时,与非门N2打开 ,计数脉冲通过(W4),送至双向计数器8253 的脉冲输入端CLK1,进行计数。
下图是对5个旋转编码器的十路信号采集原理图。
3.通信模块介绍
本系统的软件程序设计是基于USB 测控系统开发的核心。
软件系统设计主要包括三部分:单片机程序(固件程序) 开发、USB 设备驱动程序开发、主机应用程序开发。
USB 主控制器芯片负责实现主机和USB 设备的物理数据传输。
本系统并没有选择较常用的独立USB 接口芯片和内含USB 单元的EZ - USB 单片机系列, 而采用了Cygnal 公司新推出的C8051F320 ,它内部集成了全速/ 低速USB 功能控制器,用于实现USB 接口的外部设备。
软
件总体思路如图所示。