光柵尺原理課件

1、光柵尺原理1一、光柵尺光柵尺原理2 直線透射式光柵直線透射式光柵 1. 1. 組成組成 由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，光柵讀數(shù)頭包括光源、透鏡、光由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，光柵讀數(shù)頭包括光源、透鏡、光電元件、指示光柵等。如圖所示。電元件、指示光柵等。如圖所示。 標(biāo)尺光柵和指示光柵也可稱為長光柵和短光柵，它們的線紋密度相等。標(biāo)尺光柵和指示光柵也可稱為長光柵和短光柵，它們的線紋密度相等。長光柵可安裝在機(jī)床的固定部件上（如機(jī)床床身），其長度應(yīng)等于工作長光柵可安裝在機(jī)床的固定部件上（如機(jī)床床身），其長度應(yīng)等于工作臺的全行程；短光柵長度較短，隨光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的移動部件上。臺的全行程；短

2、光柵長度較短，隨光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的移動部件上。光柵位置檢測裝置的組成光柵位置檢測裝置的組成1光源光源 2透鏡透鏡 3標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵4指示光柵指示光柵 5光電元件光電元件光柵尺原理3 2. 2. 工作原理工作原理 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0.010.01至至0.1mm0.1mm的間隙，指示光柵相對標(biāo)尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個微的間隙，指示光柵相對標(biāo)尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個微小的角度小的角度。當(dāng)光線平行照射光柵時(shí)，由于光的透射和衍射效應(yīng)，。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在與兩光

3、柵線紋夾角的平分線相垂直的方向上，會出現(xiàn)明暗交的平分線相垂直的方向上，會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋替、間隔相等的粗條紋莫爾條紋，如圖所示。莫爾條紋，如圖所示。l兩條暗帶或明帶之間的距離稱為莫爾條兩條暗帶或明帶之間的距離稱為莫爾條紋的間距紋的間距b，若光柵的柵距為，若光柵的柵距為w，則，則l因?yàn)橐驗(yàn)楹苄?，則很小，則l由此可見，莫爾條紋的間距與光柵的柵由此可見，莫爾條紋的間距與光柵的柵距成正比。距成正比。 2sin2wb wb 光柵尺原理4莫爾條紋具有如下特點(diǎn)： （1） 由上式可知，莫爾條紋的間距由上式可知，莫爾條紋的間距b是光柵柵距是光柵柵距w的的1/，由于，由于很很小（小于?。ㄐ∮?0），

4、故），故bw，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當(dāng)，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當(dāng)柵距為柵距為w=0.01，=0.001rad時(shí)，莫爾條紋的間距時(shí)，莫爾條紋的間距b=10。因此，。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)獨(dú)有的特點(diǎn)。術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。光柵尺原理5（2 2）起均化誤差作用）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莫爾條紋由若干線紋組成，若光電元件接受長度為1010，當(dāng)，

5、當(dāng)w=0.01w=0.01時(shí)，時(shí)， 1010寬的莫爾條紋就由寬的莫爾條紋就由10001000條線紋組成，因此，制造上的條線紋組成，因此，制造上的間距誤差（或缺陷），只會影響千分之幾的光電效果。所以，莫爾間距誤差（或缺陷），只會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)。均效應(yīng)。光柵尺原理6（3）莫爾條紋的變化規(guī)律）莫爾條紋的變化規(guī)律長短兩光柵相對移動一個柵距長短兩光柵相對移動一個柵距w，莫爾條紋移動一個條，莫爾條紋移動一個條紋間距紋間距b，即光柵某一固定點(diǎn)的光強(qiáng)按明，即光柵某一固定

6、點(diǎn)的光強(qiáng)按明暗暗明規(guī)律明規(guī)律交替變化一次。光電元件只要讀出移動的莫爾條紋條紋交替變化一次。光電元件只要讀出移動的莫爾條紋條紋數(shù)，就知道光柵移動了多少柵距，從而也就知道了運(yùn)動數(shù)，就知道光柵移動了多少柵距，從而也就知道了運(yùn)動部件的準(zhǔn)確位移量。部件的準(zhǔn)確位移量。光柵尺原理73. 光柵的辨向與信號處理 在移動過程中，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的光信號由光電元件接收轉(zhuǎn)換成近似正（余）弦函數(shù)的電壓信號; 經(jīng)信號處理裝置整形、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。 為了既能計(jì)數(shù)，又能判別工作臺移動的方向，光柵用了4個光電元件。每個光電元件相距四分之一柵距（

7、w/4）。 當(dāng)指示光柵相對標(biāo)尺光柵移動時(shí)，莫爾條紋通過各個光電元件的時(shí)間不一樣，光電元件的電信號雖然波形一樣，但相位相差1/4周期。根據(jù)各光電元件輸出信號的相位關(guān)系，就可確定指示光柵移動的方向。光柵尺原理8光柵的特點(diǎn)光柵的特點(diǎn)1. 1. 有很高的檢測精度。現(xiàn)在光柵的精度可達(dá)微米級，再有很高的檢測精度?，F(xiàn)在光柵的精度可達(dá)微米級，再經(jīng)細(xì)分電路可以達(dá)到經(jīng)細(xì)分電路可以達(dá)到0.10.1微米。微米。2. 2. 響應(yīng)速度較快，可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量，易于實(shí)現(xiàn)檢測及數(shù)響應(yīng)速度較快，可實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量，易于實(shí)現(xiàn)檢測及數(shù)據(jù)處理的自動化控制。據(jù)處理的自動化控制。3. 3. 對使用環(huán)境要求高，怕油污、灰塵及振動。對使用環(huán)境要求高，怕油污、灰塵及振動。4. 4. 由于標(biāo)尺光柵一般較長，故安裝、維護(hù)困難，成本高。由于標(biāo)尺光柵一般較長，故安裝、維護(hù)困難，成本高。光柵尺原理9 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器是在一個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