精密制造基礎(chǔ)-光學(xué)測量技術(shù)

1、DGUT光學(xué)測量技術(shù)光學(xué)測量技術(shù)盧盛林盧盛林 東莞理工學(xué)院東莞理工學(xué)院精密制造基礎(chǔ)精密制造基礎(chǔ)內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹光柵尺1旋轉(zhuǎn)編碼器2基于三角測量法的位移傳感器3激光光幕尺寸測量傳感器4非接觸1實(shí)現(xiàn)高傳動(dòng)比，無間隙，無摩擦2大行程和高精度3構(gòu)成：構(gòu)成：主光柵主光柵 - - 標(biāo)尺光柵，定光柵；標(biāo)尺光柵，定光柵；指示光柵指示光柵 - - 動(dòng)光柵動(dòng)光柵光電轉(zhuǎn)換電路等光電轉(zhuǎn)換電路等刻線密度刻線密度 - - 測量精度測量精度 ( 10( 10、2525、5050、100100、125125線線/mm )/mm )直線光柵直線光柵 - 直線位移；直線位移；圓光柵圓光柵 - 角位移角位移平面光柵平面光柵 - X

2、Y位移位移a. 封閉式封閉式b. 開放式開放式透射光柵透射光柵010,00,11,01,1反射光柵反射光柵由于擋光效應(yīng)和光的衍射，在與線紋幾乎垂直方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱為“莫爾條紋” 。(1) 莫爾條紋（莫爾條紋（Moire） 光柵尺基本原理莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) 放大作用放大作用 莫爾條紋紋距B 與光柵節(jié)距w和傾角之間的關(guān)系： 光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距w ，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B，用光電元件檢測莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測量光柵的位移。例：例：當(dāng) w = 0.01mm， = 0.01 red， 則 B = 1mm，將柵距放大100倍的莫爾條紋寬度。由于很

3、小，因此 22sin/qw=BqwB光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù)光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù) 22sin/qw=BB2B 均化誤差作用均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長度愈長間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長度愈長,這一這一均化誤差的作用愈顯著。均化誤差的作用愈顯著。 根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)與柵距移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系與柵距移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系逆時(shí)針方向選擇()順時(shí)針方向選擇() 左 下 上 右 上 下光柵移動(dòng)方向莫爾條紋移動(dòng)方向角的旋 轉(zhuǎn)方向 一種旋轉(zhuǎn)式的檢測角位移的傳感器。 將角位移用數(shù)字(脈

4、沖)形式表示，故 又稱脈沖編碼器。廣泛應(yīng)用于NC機(jī)床的位置檢測，也常用它作為速度檢測元件。 1、編碼器分類、編碼器分類 按碼盤信號(hào)的讀取方式可分為：光電式、接觸式和電磁式 以光電式的精度和可靠性最好，NC機(jī)床常用光電式編碼器 按測量坐標(biāo)系又可分為：增量式和絕對(duì)式按每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)分為：高分辨率 20000-30000p/r 普通分辨率 2000-3000p/rv 增量式光電脈沖編碼器增量式光電脈沖編碼器v （1 1）組成）組成：由光源、聚光鏡、光電盤、光欄板、光敏元件(光電管)、整形放大電路和數(shù)字顯示裝置等組成。 工作原理工作原理 光電盤按裝在被測軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件光

5、電盤按裝在被測軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件把通過光電盤和光欄板射過來的忽明忽暗的光信號(hào)把通過光電盤和光欄板射過來的忽明忽暗的光信號(hào)(近似于正弦信號(hào)近似于正弦信號(hào))轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過計(jì)算脈沖為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可測出工作軸的轉(zhuǎn)角，并通過數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過測定的數(shù)目，即可測出工作軸的轉(zhuǎn)角，并通過數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過測定計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測出工作軸的轉(zhuǎn)速。計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測出工作軸的轉(zhuǎn)速。（4）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法 提高光電盤圓周的等分

6、狹縫的密度，實(shí)際上是使光電盤的 狹縫變成了圓光柵線紋。 增加光電盤的發(fā)信碼道，使盤上不僅只有一圈透光狹縫， 而且有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫(稱為碼道)，光電盤 回轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖信號(hào)數(shù)增多，使分辨率提高。 絕對(duì)式光電脈沖編碼器絕對(duì)式光電脈沖編碼器 （1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 絕對(duì)式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)與增量式相似，就是絕對(duì)式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)與增量式相似，就是在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱為在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱為絕對(duì)碼盤。絕對(duì)式脈沖編碼器是通過讀取編碼盤上的代碼絕對(duì)碼盤。絕對(duì)式脈沖編碼器是通過讀取編碼盤上的代碼(圖案圖案)來表示軸的位置。來表示軸的位置。v 碼盤的種

7、類碼盤的種類v 按碼制不同分二進(jìn)制碼、格雷碼（循環(huán)碼）、十進(jìn)按碼制不同分二進(jìn)制碼、格雷碼（循環(huán)碼）、十進(jìn)制碼、六十進(jìn)制碼等，最常用的是二進(jìn)制循環(huán)碼盤。制碼、六十進(jìn)制碼等，最常用的是二進(jìn)制循環(huán)碼盤。 純二進(jìn)制碼有一個(gè)純二進(jìn)制碼有一個(gè)缺點(diǎn)：相鄰兩個(gè)二進(jìn)制缺點(diǎn)：相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)可能有多位二進(jìn)制碼數(shù)可能有多位二進(jìn)制碼不同，當(dāng)數(shù)碼切換時(shí)有不同，當(dāng)數(shù)碼切換時(shí)有多個(gè)數(shù)位要進(jìn)行切換，多個(gè)數(shù)位要進(jìn)行切換，增大了誤讀的機(jī)率。增大了誤讀的機(jī)率。 而而碼則不同，相碼則不同，相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼只有鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼只有一個(gè)數(shù)位不同，因此兩一個(gè)數(shù)位不同，因此兩數(shù)切換時(shí)只在一位進(jìn)行，數(shù)切換時(shí)只在一位進(jìn)行，提高了讀數(shù)的可靠性。提高了讀數(shù)的可