导言
光固化快速成形以光敏树脂为质料,激光器宣布的紫外激光光束在操控体系的操控下,按零件的各分层截面信息在光敏树脂外表进行逐点扫描。被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,构成零件的一个薄层。
一层固化结束后,作业台下移一个准确的间隔,以使在原先固化好的树脂外表再敷上一层新的液态树脂,然后进行下一层的扫描加工。如此重复直至整个零件制作结束,得到一个三维实体原型。固化成形过程中,因为树脂的固化,液面会发生改变,为了确保液面的相对稳定,必需准确检测出液面的改变量。
图1 液位检测体系原理图
研制过程中发现的问题
传统研制液位检测体系的思路是以光学三角丈量为规划根底,发射器将可见激光射向液面。光束经液面反射,并经过透镜散射到PSD上,其输出信号经过模仿电路处理,以规范电压信号输出。此办法虽能有用地检测出液面的相对位移,但在实践使用中存在以下问题。
暗电流
没有光束照耀PSD时,其输出电极所输出的电流称为暗电流。暗电流随环境温度的改变而改变,环境温度的上升会引起暗电流的增大,暗电流的存在会给丈量带来差错。
杂散光
PSD的检测原理是根据PSD的输出来核算光敏面上的光点坐标。检测中除了方针物发光外,还有其它杂散光经反射射入PSD,如试验室的灯火或设备内的照明灯等,这些杂散光均会在PSD上形成呼应。一般来说,当需求丈量反射面微米级位移时,信号检测需求分辨出毫伏级的改变。假如不消除杂散光的影响,有用的信号就很简单被吞没,乃至使体系无法作业。
要进步液位检测仪的适应能力和检测精度,正确处理上述问题无疑是至关重要的。
原理图剖析
根据对体系的剖析,规划的液位检测体系原理图如图1所示。基准5V电压由SG3524芯片16脚输出,R1和R2起分压效果,为引脚2供给2.5V电压;电阻R8起限流效果,避免LD过电流;运放U6A起PI调理效果;C5和C6起隔直流效果,从而使信号变为规范方波信号,经U3A和U3B线性检波后转化为直流电压信号。该信号并使其中一路电压信号经U4A扩大后输出;U4B对两路电压信号进行加法运算后反应至PI调理器U6A的反相输入端,用于对激光强度进行调理。
激光频率调制
选用SG3524芯片对激光频率进行调制,激光频率f由电阻R3和%&&&&&%C1决议,f=1.18/(R3×C1)=1.18/(24K×0.1F)≈500Hz;引脚2的电压V2=R2/(R1+R2)×VREF=2.5V;SG3524输出方波占空比=V2/VREF×100%=50%。
激光强度反应调理
运算扩大器U6A及外围元件组成PI调理器,其同相输入端接基准5V电压。因为R5=R6,因而U6A可将反应电压(V1+V2)操控在10V,并驱动调光三极管T1。T1的效果相当于动态可调电位器,用于对LD回路的电流作自适应调理,使(V1+V2)的值坚持稳定。T1一方面可对PSD暗电流进行补偿,消除了对丈量的影响,进步了检测精度,另一方面坚持了激光强度的稳定。
信号处理
因为PSD方位信号以A级电流方式输出,所以在初级选用了运算扩大器U1来构成电流-电压转化电路。PSD作为内阻较低的电流源,其初级扩大器不只要有较低的偏置电流特性,并且要求输入噪声电压和零漂移电压都比较小。根据这些考虑,U1选用了低温漂高输入阻抗运算扩大器OP27。本规划中R11>>R9+R10,直流信号经过(R9+R10)进行反应;R9、R10、C3构成低通滤波器,其时间常数T1=(R9//R10)C1=50K×10F=500ms,激光频率f=500Hz,调制光周期T0=1/f=2ms
经上述剖析,把LD的频率调制为500Hz后,再加上后续电路的处理,可有用按捺照耀到PSD上杂散光和50Hz搅扰信号对检测的影响,大大进步了体系对环境的适应能力。
试验成果
试验选用乳白色光敏树脂作为反射介质,盛树脂的容器由改善后的螺旋测微仪操控移动,液面的改变量能准确的由螺旋测微仪读出。经试验丈量,当输出电压U=0V时,检测仪与液面之间的间隔L0=50mm;该检测仪的丈量规模为50mm~66mm。由实测数据剖析,液面的位移L(mm)和输出电压U(V)之间的曲线可近似成直线,经最小二乘法直线拟和后其斜率为1.59046mm/V,液面的位移L(mm)和输出电压U(V)之间的操控算法为：L=50.21471+1.59046U。
液位检测仪的输出电压经数据收集后输入核算机,操控程序使用操控算法和输出电压的改变量就能间接地算出液面的改变量,从而为液位调理供给根据。
结语
经过对激光频率进行PWM调制,结合PI反应、PSD检测等技能研制的液位检测仪,适用于对方位、位移、视点等参数的实时丈量。经试验验证此体系具有检测精度高、抗搅扰能力强等特色。对液面的丈量分辨率能够到达0.01mm。此技能填补了国内空白,在工业使用领域具有广泛的使用远景。
