光栅尺位移传感器课件.ppt

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1、第五章机械位移传感器5.4光栅尺位移传感器5.4光栅尺位移传感器目录一、教学内容1、光栅尺组成2、光栅尺工作原理3、光栅的辨向与信号处理4、光栅的特点5、光栅尺的安装6、光栅尺的安装注意事项（自学）7、光栅尺的维护（自学）二、归纳总结三、作业2学时5.4光栅尺位移传感器机床上光栅尺速度测量位置测量直线光栅尺用于测量直线轴的移动位置。由于直接测量机械位置，因此能够最准确的反应机床的实际位置。对于机床控制而言光栅尺能够：消除滚珠丝杠的反向间隙；消除丝杆、导轨由于温度变化所带来的位置误差；（大型）消除滚珠丝杠的螺距

2、误差所带来的位置误差；5.4光栅尺位移传感器机床上光栅尺对于机床控制而言，光栅尺常常应用于以下场合：1、高精密机床：提高加工精度，提升产品的品质；2、大型机床，如：大型龙门、卧加、镗铣床等；使用光栅尺能够减小由于过长的传动链带来的传动误差，同时减小温度变化带来的形变误差；3、采用直驱技术的新型电机：直线电机等。对于机床上使用的光栅尺，我们通常关注以下技术规格：1、光栅尺的结构：钢带、玻璃；2、光栅尺的信号类型：串行信号、方波信号、正弦波信号(1-Vpp)；3、光栅尺的分辨率；4、光栅尺的信号周期、倍频；5.4

3、光栅尺位移传感器光栅分为物理光栅和计量光栅两大类。检测直线位移的称为直线光栅，检测角度位移的称为圆光栅；根据光电元件感光方式不同，可将光栅分为玻璃透射式光栅和金属反射式光栅。玻璃透射式光栅是在透明的光学玻璃表面制成感光涂层或金属镀膜，经过涂敷，蚀刻等工艺制成间隔相等的透明与不透明线纹，线纹的间距和宽度相等并与运动方向垂直，线纹之间的间距称为栅距。常用的线纹密度为25条/㎜、50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜。条数越多，光栅的分辨率越高。圆光栅是在玻璃圆盘的圆环端面上，制成透光与不透光相间的条纹，条纹呈辐射

4、状，相互间的夹角相等。5.4光栅尺位移传感器直线玻璃透射式光栅和金属反射式光栅检测装置分别如图所示。透射式光栅检测装置反射式光栅检测装置光栅尺外形如图1所示，它由光源、聚光镜、主光栅、指示光栅和光电接收元件组成，如图2所示。其中光源供给光能；聚光镜将光源发出的光转换成平行光；主光栅与指示光栅构成光栅副，光栅副是光栅尺传感器的核心，它决定了光栅尺的精度5.4光栅尺位移传感器直线透射式光栅1.组成由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，光栅读数头包括光源、透镜、光电元件、指示光栅等。如图所示。标尺光栅和指示光栅也可称为

5、长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。长光栅可安装在机床的固定部件上（如机床床身），其长度应等于工作台的全行程；短光栅长度较短，随光栅读数头安装在机床的移动部件上。5.4光栅尺位移传感器光栅位置检测装置的组成1—光源2—透镜3—标尺光栅4—指示光栅5—光电元件直线透射式光栅1、组成：由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，光栅读数头包括光源、透镜、光电元件、指示光栅等。如图所示。标尺光栅和指示光栅也可称为长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。长光栅可安装在机床的固定部件上（如机床床身），其长度应等于工作台的全行程；短光

6、栅长度较短，随光栅读数头安装在机床的移动部件上。5.4光栅尺位移传感器2.工作原理在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并保持0.01至0.1mm的间隙，指示光栅相对标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度θ。当光线平行照射光栅时，由于光的透射和衍射效应，在与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔条纹，如图所示。5.4光栅尺位移传感器两条暗带或明带之间的距离称为莫尔条纹的间距B，若光栅的栅距为W，则因为θ很小，则由此可见，莫尔条纹的间距与光栅的栅距成正比。5.4

7、光栅尺位移传感器当光栅移动一个栅距，莫尔条纹走过一个条纹间距，电压输出变化正好经历一个周期，可以通过电路整形处理，变成一个脉冲输出。脉冲数、条纹数与移动的栅距数一一对应，所以位移量为：x=NW实训台电源模块电脑及实训软件AC220V5芯电源线编码器数字信号光栅尺智能控制与数字伺服驱动器光栅尺电缆USB接口转接线接PC端接光栅尺端光栅尺式中：N为条纹数；W为栅距。5.4光栅尺位移传感器当光栅移动一个栅距，莫尔条纹走过一个条纹间距，电压输出变化正好经历一个周期，可以通过电路整形处理，变成一个脉冲输出。脉冲数、条纹

8、数与移动的栅距数一一对应，所以位移量为：x=NW实训台电源模块电脑及实训软件AC220V5芯电源线编码器数字信号光栅尺智能控制与数字伺服驱动器光栅尺电缆USB接口转接线接PC端接光栅尺端光栅尺式中：N为条纹数；W为栅距。5.4光栅尺位移传感器莫尔条纹具有如下特点：由上式可知，莫尔条纹的间距B是光栅栅距W的1/θ，由于θ很小（小于10′），故B＞＞W，即莫尔条纹具有放大作用。例如，当栅距为W=0.01