信和光柵尺
發(fā)布時間：2019-07-28
信和光柵尺的定義：
是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標(biāo)進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。是數(shù)顯機床專用計數(shù)器件，由光柵本體和讀數(shù)頭構(gòu)成，通過信號線連接到數(shù)顯表，完成測量的光學(xué)儀器。
的用途：
廣泛應(yīng)用于機器、機床及各種直線，圓周運動的線位移測量。
1、各類測量機構(gòu)、儀器的位移測量（工具顯微鏡、三坐標(biāo)機、投影儀等）
2、各類機床的數(shù)顯系統(tǒng)（車床、銑床、磨床、鏜床、電火花、鉆床等）
3、各類數(shù)控機床的配套使用（數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控磨床等）
4、配接PLC,用于各類自動化機構(gòu)的位移測量.
光柵尺典型應(yīng)用:數(shù)控加工中心，機床，磨床，銑床，自動卸貨機，金屬板壓制和焊接機，機器人和自動化科技，生產(chǎn)過程測量機器，線性產(chǎn)品,直線馬達,直線導(dǎo)軌定位。
的結(jié)構(gòu)特點：
是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機床固定部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。右圖所示的就是光柵尺的結(jié)構(gòu)。
信和光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調(diào)整機構(gòu)等組成。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(shù)頭、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）。
的工作原理：
莫爾條紋
以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋” (右圖所示)。嚴(yán)格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ 。
莫爾條紋具有以下特征：
(1)莫爾條紋的變化規(guī)律
兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步。
(2)放大作用
在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系。式中，θ的單位為rad，W的單位為mm。由于傾角很小，sinθ很小，則
W=ω /θ
若ω =0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大了100倍。
(3)均化誤差作用
莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米100線的光柵，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。
檢測與數(shù)據(jù)處理
電子細分與判向法
光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前（2006年）光柵尺傳感器系統(tǒng)多采用電子細分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。
在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數(shù)脈沖，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以等到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以等到光柵尺的位移和速度。
優(yōu)點：
1、專業(yè)化設(shè)計，外形美觀大方，記數(shù)頻響速度快，功能強大。
2、壓鑄合金外殼，表面電噴塑處理，防塵耐磨，屏蔽性好。
3、專業(yè)設(shè)計獨立電源，適應(yīng)范圍廣、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強。
4、電源和信號抗干擾能力強，耐用的按鍵面板，更換簡單、方便。
5、直接在數(shù)顯表上進行正弦、余弦、正切函數(shù)等函數(shù)運算功能，方便加工。
6、可以在X和Y方向進行自動daoju補償
7、RS-232-C接口可以實現(xiàn)與PC、PLC等連接用于各類自動化機構(gòu)的位移測量。
是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標(biāo)進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。是數(shù)顯機床專用計數(shù)器件，由光柵本體和讀數(shù)頭構(gòu)成，通過信號線連接到數(shù)顯表，完成測量的光學(xué)儀器。
的用途：
廣泛應(yīng)用于機器、機床及各種直線，圓周運動的線位移測量。
1、各類測量機構(gòu)、儀器的位移測量（工具顯微鏡、三坐標(biāo)機、投影儀等）
2、各類機床的數(shù)顯系統(tǒng)（車床、銑床、磨床、鏜床、電火花、鉆床等）
3、各類數(shù)控機床的配套使用（數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控磨床等）
4、配接PLC,用于各類自動化機構(gòu)的位移測量.
光柵尺典型應(yīng)用:數(shù)控加工中心，機床，磨床，銑床，自動卸貨機，金屬板壓制和焊接機，機器人和自動化科技，生產(chǎn)過程測量機器，線性產(chǎn)品,直線馬達,直線導(dǎo)軌定位。
的結(jié)構(gòu)特點：
是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機床固定部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。右圖所示的就是光柵尺的結(jié)構(gòu)。
信和光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調(diào)整機構(gòu)等組成。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(shù)頭、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）。
的工作原理：
莫爾條紋
以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋” (右圖所示)。嚴(yán)格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ 。
莫爾條紋具有以下特征：
(1)莫爾條紋的變化規(guī)律
兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步。
(2)放大作用
在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系。式中，θ的單位為rad，W的單位為mm。由于傾角很小，sinθ很小，則
W=ω /θ
若ω =0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大了100倍。
(3)均化誤差作用
莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米100線的光柵，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。
檢測與數(shù)據(jù)處理
電子細分與判向法
光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前（2006年）光柵尺傳感器系統(tǒng)多采用電子細分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。
在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數(shù)脈沖，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以等到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以等到光柵尺的位移和速度。
優(yōu)點：
1、專業(yè)化設(shè)計，外形美觀大方，記數(shù)頻響速度快，功能強大。
2、壓鑄合金外殼，表面電噴塑處理，防塵耐磨，屏蔽性好。
3、專業(yè)設(shè)計獨立電源，適應(yīng)范圍廣、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強。
4、電源和信號抗干擾能力強，耐用的按鍵面板，更換簡單、方便。
5、直接在數(shù)顯表上進行正弦、余弦、正切函數(shù)等函數(shù)運算功能，方便加工。
6、可以在X和Y方向進行自動daoju補償
7、RS-232-C接口可以實現(xiàn)與PC、PLC等連接用于各類自動化機構(gòu)的位移測量。
