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煥堯機(jī)電王璐璐

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LC-182 3040MM 

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光柵尺  德國*

2. 工作原理
在測量時(shí)，長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起，并保持0.01至0.1mm的間隙，指示光柵相對標(biāo)尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小的角度θ。當(dāng)光線平行照射光柵時(shí)，由于光的透射和衍射效應(yīng)，在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋——莫爾條紋，如圖所示。

1） 由上式可知，莫爾條紋的間距B是光柵柵距W的1/θ，由于θ很小（小于10′），故B＞＞W(wǎng)，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當(dāng)柵距為W=0.01㎜，θ=0.001rad時(shí)，莫爾條紋的間距B=10㎜。因此，不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大了1000倍的莫爾條紋的寬度，從而大大簡化了電子放大線路，這是光柵技術(shù)*的特點(diǎn)。

 （2）起均化誤差作用   
莫爾條紋由若干線紋組成，若光電元件接受長度為10㎜，當(dāng)W=0.01㎜時(shí)， 10㎜寬的莫爾條紋就由1000條線紋組成，因此，制造上的間距誤差（或缺陷），只會(huì)影響千分之幾的光電效果。所以，莫爾條紋測量長度時(shí)，決定其精度的不是一條線紋，而是一組線紋的平均效應(yīng)。

 3）莫爾條紋的變化規(guī)律
長短兩光柵相對移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B，即光柵某一固定點(diǎn)的光強(qiáng)按明→暗→明規(guī)律交替變化一次。光電元件只要讀出移動(dòng)的莫爾條紋條紋數(shù)，就知道光柵移動(dòng)了多少柵距，從而也就知道了運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移量。

在移動(dòng)過程中，經(jīng)過光柵的光線，其光強(qiáng)呈正（余）弦函數(shù)變化，反映莫爾條紋的移動(dòng)的光信號(hào)由光電元件接收轉(zhuǎn)換成近似正（余）弦函數(shù)的電壓信號(hào);

經(jīng)信號(hào)處理裝置整形、放大及微分處理后，即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號(hào)。

為了既能計(jì)數(shù)，又能判別工作臺(tái)移動(dòng)的方向，光柵用了4個(gè)光電元件。每個(gè)光電元件相距四分之一柵距（W/4）。
   當(dāng)指示光柵相對標(biāo)尺光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過各個(gè)光電元件的時(shí)間不一樣，光電元件的電信號(hào)雖然波形一樣，但相位相差1/4周期。根據(jù)各光電元件輸出信號(hào)的相位關(guān)系，就可確定指示光柵移動(dòng)的方向。

 光柵的特點(diǎn)
1. 有很高的檢測精度。現(xiàn)在光柵的精度可達(dá)微級(jí)，再經(jīng)細(xì)分電路可以達(dá)到0.1微。
2. 響應(yīng)速度較快，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量，易于實(shí)現(xiàn)檢測及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化控制。
3. 對使用環(huán)境要求高，怕油污、灰塵及振動(dòng)。
4. 由于標(biāo)尺光柵一般較長，故安裝、維護(hù)困難，成本高。

 光電脈沖編碼器
光電脈沖編碼器是在一個(gè)圓盤的邊緣上開有間距相等的縫隙，在其兩面分別裝有光源和光敏元件，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線的明暗變化，經(jīng)過光敏元件檢測變成電信號(hào)的強(qiáng)弱，從而得到脈沖信號(hào)。編碼器的輸出信號(hào)有：兩個(gè)相位差90°的信號(hào)，用于辨向；一個(gè)零信號(hào)(又稱一轉(zhuǎn)信號(hào))，用于機(jī)床回參考點(diǎn)的控制；另外還有+5 V電源和接地端信號(hào)。

 直線光柵尺尺身采用封閉 式結(jié)構(gòu)，由堅(jiān)固的鋁合金殼體構(gòu) 成，用于保護(hù)內(nèi)部的刻線玻璃或 鋼帶以及光電轉(zhuǎn)換裝置。橡膠密 封條的作用是防止碎屑、液體及 灰粒等從讀數(shù)頭尺身連接處進(jìn) 入，同時(shí)又要使讀數(shù)頭移動(dòng)中的 摩擦力小，以保證被傳送的位 移信息準(zhǔn)確可靠。直線光柵尺尺 身兩端預(yù)留了進(jìn)氣孔，通常的密 封防護(hù)滿足IP53標(biāo)準(zhǔn)，如果通入 壓縮空氣可將密封防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)提高 到IP64。 增量式直線光柵尺 增量式直線光柵尺由于使用環(huán)境和技術(shù)指標(biāo)的不同可分成兩大類型：一類是用于數(shù)控機(jī)床的增量式直線光柵尺，另一類是用于普 通機(jī)床的增量式直線光柵尺。這兩種類型的直線光柵尺有三種不同的回零方式：一是增量回零方式，二是距離編碼回零方式，三是可 選擇參考點(diǎn)回零方式。

 信號(hào)生成原理 增量式直線光柵尺 成像掃描原理是采用透射或反射的光學(xué)原理生成信號(hào)。讀數(shù) 頭一端上的紅外光源發(fā)出紅外光束通過柵距相同的光柵尺和掃 描光柵，當(dāng)光柵尺和掃描光柵彼此相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生光的正弦 波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)讀數(shù)頭另一端的光電二極管接收后轉(zhuǎn)換成為 原始的電流正弦波信號(hào)，經(jīng)后置電路處理轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)常用 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。