一、引言
    对于工程表面形貌的测量，基于聚焦探测原理的光针式轮廓仪是一种较理想的测量仪器，国外已研究出类似的产品，但是价格比较昂贵控制工程网版权所有，且由于测量系统对于有一定倾斜角的表面的处理方法还不成熟，实际应用受到局限。而通过线切割方法设计的音圈电机，具有重复性高、线性好、响应速度快、无滞后等优良特性，可使数字伺服聚焦非接触传感器的精度得以提高，是一种较为理想的选择。

    二、数字伺服聚焦非接触位移传感器原理
    数字伺服聚焦非接触位移传感器的原理主要基于改进的傅科刀口法，具体如下：半导体激光器整形及准直后的平行光，经透镜系统聚焦到待测表面CONTROL ENGINEERING China版权所有，反射光经过BS棱镜﹑聚焦透镜﹑分束棱镜后，导向聚焦探测器www.cechina.cn，聚集探测器可以分辨光是否聚焦在待测物体上面，如图1所示。

    如图2所示，两组光电探测器接收光强信号的差分信号即为聚焦误差信号，当入射光束会聚在被测工件表面上时，聚焦误差信号为零。偏离焦点位置后，探测器的信号经过差分﹑放大﹑整形后

，经过AD1674转换成数字信号，传给计算机，这样就得到聚焦误差信号www.cechina.cn，然后计算机发指令给AD669，数字信号转成模拟信号，功率放大后去控制电机，使得组合透镜上下移动重新找焦，直到聚焦误差信号近似为零。驱动音圈电机找焦过程中的电压值的变化可以转变为位移当量，反映出待测表面的轮廓。

    三、聚焦信号的模型分析
    由波动光学理论可知，半导体激光器光束为TEM00高斯光束，沿Z轴方向传播的高斯光束在XY平面上的幅值分布可表示为：A（x,y）=Aexp(-    αx2-βy2)   (1)

    当沿着X轴方向时（y＝0），有：A(x)=A0exp(-αx2)

    其中：  （2） 

    其在刀口平面上幅值被调制为：

    A(x)=U（x-x0）A0exp(-αx2)      （3）

    其中：U（x-x0）=     （4）

    其傅立叶变换为：

    F（x）=   exp[  ]{1-F(  )}       (5)

    其中：F(z)=           （6）

    根据衍射理论，在检测平面上沿着X轴的光强为：   I（x）= F2（x）

    从而有：I（x）＝    [-p2σx2/α]{1-F(i  )} 2       (7)

    α=1/rx2=1/ω02           (8)

    根据波动光学分析可以证明入射光束沿着Y轴方向不受分速棱镜中心位置影响。

    由公式（7）知，当入射光束到达刀口平面时候，二象限探测器（由四象限探测器改变而成，如图4所示）的两边的光强分布均匀，光强是关于Y轴对称的偶函数，光积分两边相等；偏离刀口平面时候，检测平面沿着Y轴方向的光强不对称，光强峰值根据离焦状态向左或者向右移动，引起光电探测器两边接收信号不平衡，产生离焦误差信号。实际传感器中用分束棱镜代替了模型中的傅科刀口。

点击看原图

    四、音圈电机的性能分析和试验检测
    伺服执行机构采用动圈式音圈电机，主要由磁钢、线圈、运动体及簧片组成，如图5所示。

    当改变线圈电流的大小与方向时www.cechina.cn，线圈体在磁钢的作用下上下移动（F＝BIL），从而改变固定在骨架运动体上光学探针的位置，音圈电机的直线