光柵尺原理PPT精選文檔

1、一、光柵尺一、光柵尺l直線透射式光柵直線透射式光柵l1. 組成組成l由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，光柵讀數(shù)頭包括光源、透鏡、由標尺光柵和光柵讀數(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。光電元件、指示光柵等。如圖所示。l標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。長光柵可安裝在機床的固定部件上（如機床床身），其長度應等于工長光柵可安裝在機床的固定部件上（如機床床身），其長度應等于工作臺的全行程；短光柵長度較短，隨光柵讀數(shù)頭安裝在機床的移動部作臺的全行程；短光柵長度較短，隨光柵讀數(shù)頭

2、安裝在機床的移動部件上。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標尺光柵標尺光柵4指示光柵指示光柵 5光電元件光電元件l2. 工作原理工作原理l在測量時，長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起，并保持在測量時，長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起，并保持0.01至至0.1mm的間隙，指示光柵相對標尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉一個的間隙，指示光柵相對標尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉一個微小的角度微小的角度。當光線平行照射光柵時，由于光的透射和衍射效。當光線平行照射光柵時，由于光的透射和衍射效應，在與兩光柵線紋夾角應，在與兩光柵線紋夾角的平分線相垂直的方向上，會出現(xiàn)明的平分線相垂直

3、的方向上，會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋暗交替、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因為因為很小，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 莫爾條紋具有如下特點：莫爾條紋具有如下特點： （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），故），故BW，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當

4、，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當柵距為柵距為W=0.01，=0.001rad時，莫爾條紋的間距時，莫爾條紋的間距B=10。因此，。因此，不需要經(jīng)過復雜的光學系統(tǒng)，就能把光柵的柵距轉換成放大了不需要經(jīng)過復雜的光學系統(tǒng)，就能把光柵的柵距轉換成放大了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，這是光柵技術獨有的特點。術獨有的特點。（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10，當，當W=0.01時，時， 10寬的莫爾條紋就由寬的莫爾條紋就由100

5、0條線紋組成，因此，制條線紋組成，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，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，莫爾條紋測量長度時，決定其精度的不是一條線紋，而是一組線紋莫爾條紋測量長度時，決定其精度的不是一條線紋，而是一組線紋的平均效應。的平均效應。（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，即光柵某一固定點的光強按明，即光柵某一固定點的光強按明暗暗明規(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

6、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，從而也就知道了運動數(shù)，就知道光柵移動了多少柵距，從而也就知道了運動部件的準確位移量。部件的準確位移量。3. 光柵的辨向與信號處理光柵的辨向與信號處理l在移動過程中，經(jīng)過光柵的光線，其光強呈正（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換成近似正（余）弦函數(shù)的電壓信號;l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。l為了既能計數(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（W/4）。 當指示光柵相對標尺光柵移動時，莫爾條紋通過各個光電元件的時間不一樣，光電元件的電信

7、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系，就可確定指示光柵移動的方向。光柵的特點光柵的特點1. 有很高的檢測精度?，F(xiàn)在光柵的精度可達微米級，再有很高的檢測精度?，F(xiàn)在光柵的精度可達微米級，再經(jīng)細分電路可以達到經(jīng)細分電路可以達到0.1微米。微米。2. 響應速度較快，可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)檢測及數(shù)響應速度較快，可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(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. 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. 由于標尺光柵一般較長，故安裝、維護困難，成本高。由于標尺光柵一般較長，故安裝、維護困難，成本高。l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和光敏元