采用锁相环和余弦近似补偿的激光测径仪

　　采用激光扫描测定直径，是一种非接触，高精度的测量方式，广泛应用于线材、管材的直径测量以及生产过程中工件直径的自动检测，动态控制产品的直径参数，其基本原理如图1。

　　扫描光束被遮挡时，光电转换器输出信号脉冲，信号脉冲控制计数脉冲。得到的脉冲计数代表被测物体的线度。

　　影响测量程度的因素主要有:

　　①扫描电机同步转速不稳定

　　②扫描光学系统本身固有的近余弦误差

　　扫描系统有不同实施方案，我们采用锁相环计数和近余弦函数补偿方式实现了高精度激光扫描测径。

　　本方案扫描电机用一般的同步电机，透镜采用一般透镜，在2~40mm的测量范围内测量精度近于1拌m。克服了用稳频电源驱动电机及透镜结构上及加工上的困难。

　　一、交流同步电机扫描的误差及克服方法交流同步电机的转速和驱动电机的交流电源频率相关，我国电网频率最低约48.SHz，最高约51Hz。如果激光扫描测径仪的计数脉冲频率是恒定的，那么因电源变频所带来的测量误差达4%左右，如果测量直径为40mm，测量误差值达lmm。我们采用锁相环将计数脉冲和电机电源频率锁定，使计数脉冲和电源频率比值成一常数，此比值由以下因素确定:1.测量范围:50mm;2.扫描角:士5。;3.转镜面数:8面;4.测量最小分辨值:0.00lmm。

　　根据以上因素推算锁相环压控振荡器频率取18MHz，原理如图2:

　　图中供电电源经采样、整形成50Hz方波，压控振荡器VCO的振荡频率由直流电压控制在18X10 ⁶士5%Hz范围内，经分频亦转换成soHz左右的方波，电源频率50Hz方波和压控振荡器分频产生的50Hz方波在比较器合成通过低通滤波器，输出一个正负变化的直流控制电压，形成环路后经分频器输出的50Hz左右的方波将跟踪电源频率的变化，压控振荡器输出18MHz左右的计数脉冲频率和电源频率的比值为一个恒定值。如果电机在交流电源的驱动下，带动转镜旋转产生扫描光束，每个扫描周期将得到一个恒定值的计数脉冲，克服了由于电源频率变化，每个扫描周期的计数脉冲数不同所造成的测量误差。

　　二、扫描光学系统结构引进的m.1量误差及消除

　　当被测工件置于测量区域内，工件遮挡扫描光束所形成的光脉冲宽度对应工件的直径。

理论扫描速度为常数。如果扫描被测工件的时间为t，被测工件的直径为

　　D=vt

　　但是由于光学系统本身的固有特性，实际扫描速度v为[l]: