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光柵�
閱讀�21314�(shí)間:2010-09-29 16:07:49

  光柵尺是光柵�位移傳感�的簡(jiǎn)�,是將動(dòng)�(tài)的位移測(cè)量以編碼方式輸出的長(zhǎng)度測(cè)�?jī)x��
  光柵尺在�(xiàn)代工�(yè)的貢�(xiàn)也是非常巨大的,不僅僅將�(xiàn)在加工精度�(jìn)一步完�,更重要的是提高了現(xiàn)在加工時(shí)的工作效�。在�(xiàn)在中�(guó)加工�(yè)、制造業(yè)越來(lái)越成�,對(duì)加工的精度越�(lái)越高的時(shí)候,在各種機(jī)床上,例如:銑床、磨�、車床、線切割、電火花等機(jī)床上都可以安裝光柵尺,其工作�(huán)境要求相�(duì)�(lái)�(shuō)不是很苛�,對(duì)操作者的使用�(lái)�(shuō)也十分簡(jiǎn)��
  光柵尺只是一�(gè)反應(yīng)裝置,它可以將位移量和位移方向通過(guò)信號(hào)輸出的方式反饋出�(lái),但它不能直接顯示出�(lái),它還需要一�(gè)顯示裝置,我們簡(jiǎn)稱它為數(shù)顯顯示箱,也��(shù)顯表。只有當(dāng)光柵尺和�(shù)顯表連接在一起的�(shí)候,才能正常的將�(shù)值反�(yīng)給每一位操作�,因而,我們對(duì)于光柵尺的使用上�,還是要多了�,如果不是很的人員,需要知道一些性的知識(shí),才能單�(dú)使用光柵尺作為反饋裝置使��

工作原理

  常見(jiàn)光柵的工作原理都是根�(jù)物理上莫爾條紋的形成原理�(jìn)行工作的。當(dāng)使指示光柵上的線紋與�(biāo)尺光柵上的線紋成一角度�(lái)放置兩光柵尺�(shí),必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下,交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊,因而遮光面積最小,擋光效應(yīng)最�,光的累積作用使得這�(gè)區(qū)域出�(xiàn)亮帶。相反,距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)�,因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來(lái)越少,不透明區(qū)域面積逐漸變大,即遮光面積逐漸變大,使得擋光效�(yīng)變強(qiáng),只有較少的光線能通過(guò)這�(gè)區(qū)域透過(guò)光柵,使這�(gè)區(qū)域出�(xiàn)暗帶,這些暗帶就是莫爾條紋�

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�(gè)小角度�,并且兩�(gè)光柵尺刻面相�(duì)平行放置�(shí),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�。這種條紋稱為“莫爾條紋�。嚴(yán)格地�(shuō),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�。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�,以W表示:W=ω /2* sin(�/2�=ω /θ
  莫爾條紋具有以下特征�
  (1)莫爾條紋的變化規(guī)�
  兩片光柵相對(duì)移過(guò)一�(gè)柵距,莫爾條紋移�(guò)一�(gè)條紋距離。由于光的衍射與干涉作用,莫爾條紋的變化�(guī)律近似正(�)弦函�(shù),變化周期數(shù)與光柵相�(duì)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ω和光柵柵距W、柵線角θ之間有下列關(guān)�。式�,θ的單位為rad,W的單位為mm。由于傾角很�,sinθ很小,則
  W=ω /θ
  若� �0�01mm,θ=0.01rad,則上式可得W�1,即光柵放大�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�1000條線�,這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化�,消除了由于柵距不均�、斷裂等造成的誤��
  檢測(cè)與數(shù)�(jù)處理
  光柵�(cè)量位移的�(shí)�(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)�(zhǔn)尺子�(duì)位稱量�(jìn)行測(cè)量。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴,且制造困�。為了提高系�(tǒng)分辨�,需要對(duì)莫爾條紋�(jìn)行細(xì)分,目前�2006年)光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方�。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí),在與光柵刻線大致垂直的方向上就�(huì)�(chǎn)生莫爾條�,隨著光柵的移動(dòng),莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把�(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為�(duì)莫爾條紋�(gè)�(shù)的測(cè)量�
  在一�(gè)莫爾條紋寬度�(nèi),按照一定間隔放�4�(gè)光電器件就能�(shí)�(xiàn)電子�(xì)分與判向功能。例�,柵線為50線對(duì)/mm的光柵尺,其光柵柵距�0.02mm,若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)�(shù)脈沖,這在工業(yè)普通測(cè)控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一�(gè)矢量,即要檢�(cè)其大�,又要檢�(cè)其方�,因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。為了消除共模干�、直流分量和偶次諧波,通常采用由低漂移�(yùn)放構(gòu)成的差分放大�。由4�(gè)光敏器件獲得�4路光電信�(hào)分別送到2只差分放大器輸入�,從差分放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為π/2,為得到判向和計(jì)�(shù)脈沖,需�(duì)這兩路信�(hào)�(jìn)行整�,首先把它們整形為占空比為1�1的方�。然后,通過(guò)�(duì)方波的相位�(jìn)行判別比�,就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過(guò)�(duì)方波脈沖�(jìn)行計(jì)�(shù),可以得到光柵尺的位移和速度�

分類

  光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不�,分為玻璃透射光柵和金屬反射光��

裝置�(jié)�(gòu)

  光柵尺位移傳感器是有�(biāo)尺光柵和光柵讀�(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在�(jī)床活�(dòng)部件�,光柵讀�(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上,指示光柵裝在光柵讀�(shù)頭中。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結(jié)�(gòu)。光柵檢�(cè)裝置�(jié)�(gòu)光柵檢測(cè)裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀�(shù)�,它由光源、會(huì)聚透鏡、指示光柵、光電元件及�(diào)整機(jī)�(gòu)等組�。光柵讀�(shù)頭結(jié)�(gòu)形式很多,根�(jù)讀�(shù)頭結(jié)�(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為直接接收式讀�(shù)�(或稱硅光電池讀�(shù)�、鏡像式讀�(shù)�、分光鏡式讀�(shù)頭、金屬光柵反射式讀�(shù)頭)�

光柵檢測(cè)裝置圖

主要�(yīng)�

  1、各類測(cè)量機(jī)�(gòu)、儀器的位移�(cè)量:彈簧試驗(yàn)�(jī)、三坐標(biāo)�(jī)、投影儀�
  2、各類機(jī)床的�(shù)顯系�(tǒng):車�、銑�、磨床、鏜�、電火花、鉆床等�
  3、各類數(shù)控機(jī)床的配套使用:數(shù)控銑、加工中�、數(shù)控磨��
  4、光柵尺配接PLC,用于各類自動(dòng)化機(jī)�(gòu)的位移測(cè)量�

安裝方法

  光柵尺位移傳感器的安裝比較靈�,可安裝在機(jī)床的不同部位�
  一般將主尺安裝在機(jī)床的工作�(tái)(滑板)�,隨�(jī)床走刀而動(dòng),讀�(shù)頭固定在床身�,盡可能使讀�(shù)頭安裝在主尺的下�。其安裝方式的選擇必須注意切�、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀�(shù)頭朝上的方式安裝�(shí),則必須增加輔助密封裝置。另�,一般情況下,讀�(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相�(duì)�(jī)床靜止部件上,此�(shí)輸出�(dǎo)線不移動(dòng)易固定,而尺身則�(yīng)安裝在相�(duì)�(jī)床運(yùn)�(dòng)的部件上(如滑板��
  一、基面安�
  安裝光柵尺位移傳感器�(shí),不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身�,更不能安裝在打底涂漆的�(jī)床身�。光柵主尺及讀�(shù)頭分別安裝在�(jī)床相�(duì)�(yùn)�(dòng)的兩�(gè)部件�。用千分表檢查機(jī)床工作臺(tái)的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)�(dòng)的方向平行度。千分表固定在床身上,移�(dòng)工作�(tái),要求達(dá)到平行度�0.1mm/1000mm以內(nèi)。如果不能達(dá)到這�(gè)要求,則需�(shè)�(jì)加工一件光柵尺基座�
  基座要求做到�(1)�(yīng)加一根與光柵尺尺身長(zhǎng)度相等的基座(基座長(zhǎng)出光柵尺50mm左右)�(2)該基座通過(guò)�、磨工序加工,保證其平面平行�0.1mm/1000mm以內(nèi)。另外,還需加工一件與尺身基座等高的讀�(shù)頭基�。讀�(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時(shí),調(diào)整讀�(shù)頭位�,達(dá)到讀�(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,讀�(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距�1~1.5mm左右�
  二、主尺安�
  將光柵主尺用M4螺釘上在�(jī)床安裝的工作�(tái)安裝面上,但不要上緊,把千分表固定在床身�,移�(dòng)工作�(tái)(主尺與工作�(tái)同時(shí)移動(dòng)�。用千分表測(cè)量主尺平面與�(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)�(dòng)方向的平行度,調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置,使主尺平行度滿�0.1mm/1000mm以內(nèi)�(shí),把M2螺釘徹底上緊�
  在安裝光柵主尺時(shí),應(yīng)注意如下三點(diǎn)�
  (1)在裝主尺�(shí),如安裝超過(guò)1.5M以上的光柵時(shí),不能象橋梁式只安裝兩端�,尚需在整�(gè)主尺尺身中有支撐�
  (2)在有基座情況下安裝好�,用一�(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)(或幾點(diǎn)��
  (3)不能安裝卡子�(shí),用玻璃膠粘住光柵尺�,使基尺與主尺固定好�
  �、讀�(shù)頭安�
  在安裝讀�(shù)頭時(shí),如果發(fā)�(xiàn)安裝條件非常的有限,可以考慮使用附件,如角鋁、直�,首先應(yīng)保證讀�(shù)頭的基面�(dá)到安裝要�,然后再安裝讀�(shù)�,其安裝方法與主尺相�。調(diào)整讀�(shù)頭,使讀�(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi),其讀�(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。安裝完畢后,可以用大拇指接觸度�(shù)頭與光柵尺尺身表面是否平滑、平��
  �、限位裝�
  光柵線位移傳感器全部安裝完以�,一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置,以免機(jī)床加工產(chǎn)品移�(dòng)�(shí)讀�(shù)頭沖撞到主尺兩端,從而損壞光柵尺。另外,用戶在選�(gòu)光柵線位移傳感器�(shí),應(yīng)盡量選用超出�(jī)床加工尺�100mm左右的光柵尺,以留有余量�
  �、傳感器檢查
  光柵線位移傳感器安裝完畢后,可接通數(shù)顯表,移�(dòng)工作�(tái),觀察數(shù)顯表�(jì)�(shù)是否正常�
  在機(jī)床上選取一�(gè)參考位�,來(lái)回移�(dòng)工作�(diǎn)至該選取的位�。數(shù)顯表讀�(shù)�(yīng)相同(或回零)。另外也可使用千分表(或百分表),使千分表與�(shù)顯表同時(shí)�(diào)至零(或記憶起始�(shù)�(jù)),往返多次后回到初始位置,觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)�(jù)是否一��
  通過(guò)以上工作,光柵尺線位移傳感器的安裝就完成�。但�(duì)于一般的�(jī)床加工環(huán)境來(lái)�,鐵�、切削液及油污較�。因此,傳感器應(yīng)附帶加裝�(hù)�,護(hù)罩的�(shè)�(jì)是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定,護(hù)罩通常采用橡皮密封,使其具備一定的防水防油能力�

使用注意事項(xiàng)

  1、光柵尺位移傳感器與�(shù)顯表插頭座插拔時(shí)�(yīng)�(guān)閉電源后�(jìn)行�
  2、盡可能外加保護(hù)罩,并及�(shí)清理濺落在尺上的切屑和油�,嚴(yán)格防止任何異物�(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)��
  3、定期檢查各安裝�(lián)接螺釘是否松�(dòng)�
  4、為延長(zhǎng)防塵密封條的壽命,可在密封條上均勻涂上一薄層硅油,注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面��
  5、為保證光柵尺位移傳感器使用的可靠�,可每隔一定時(shí)間用乙醇混合液(�50[%])清洗擦拭光柵尺面及指示光柵�,保持玻璃光柵尺面清��
  6、光柵尺位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震�(dòng)及摔�,以免破壞光柵尺,如光柵尺斷�,光柵尺傳感器即失效了�
  7、不要自行拆�(kāi)光柵尺位移傳感器,更不能任意改動(dòng)主柵尺與副柵尺的相對(duì)間距,否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精度;另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對(duì)摩擦,損壞鉻層也就損壞了柵線,以而造成光柵尺報(bào)��
  8、應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,以免破壞光柵尺線條紋分�,引起測(cè)量誤��
  9、光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有�(yán)重腐蝕作用的�(huán)境中工作,以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表�,破壞光柵尺�(zhì)��

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