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信和光栅尺

发布时间:2019-07-28
信和光栅尺的定义:
是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中,可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具有检测范围大,检测精度高,响应速度快的特点。例如,在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测,来观察和跟踪走刀误差,以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。是数显机床专用计数器件,由光栅本体和读数头构成,通过信号线连接到数显表,完成测量的光学仪器。
的用途:
广泛应用于机器、机床及各种直线,圆周运动的线位移测量。
1、各类测量机构、仪器的位移测量(工具显微镜、三坐标机、投影仪等)
2、各类机床的数显系统(车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等)
3、各类数控机床的配套使用(数控铣、加工中心、数控磨床等)
4、配接PLC,用于各类自动化机构的位移测量.
光栅尺典型应用:数控加工中心,机床,磨床,铣床,自动卸货机,金属板压制和焊接机,机器人和自动化科技,生产过程测量机器,线性产品,直线马达,直线导轨定位。
的结构特点:
是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床固定部件上,光栅读数头装在机床活动部件上,指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的结构。
信和光栅检测装置的关键部分是光栅读数头,它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多,根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头)。
的工作原理:
莫尔条纹
以透射光栅为例,当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ,并且两个光栅尺刻面相对平行放置时,在光源的照射下,位于几乎垂直的栅纹上,形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” (右图所示)。严格地说,莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度,以W表示。
W=ω /2* sin(θ /2)=ω /θ 。
莫尔条纹具有以下特征:
(1)莫尔条纹的变化规律
两片光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。
(2)放大作用
在两光栅栅线夹角较小的情况下,莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系。式中,θ的单位为rad,W的单位为mm。由于倾角很小,sinθ很小,则
W=ω /θ
若ω =0.01mm,θ=0.01rad,则上式可得W=1,即光栅放大了100倍。
(3)均化误差作用
莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成,例如每毫米100线的光栅,10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹,这样栅距之间的相邻误差就被平均化了,消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
检测与数据处理
电子细分与判向法
光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵,且制造困难。为了提高系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,目前(2006年)光栅尺传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时,在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹,随着光栅的移动,莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。
在一个莫尔条纹宽度内,按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如,栅线为50线对/mm的光栅尺,其光栅栅距为0.02mm,若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲,这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方向,因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波,通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端,从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2,为得到判向和计数脉冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空比为1:1的方波。然后,通过对方波的相位进行判别比较,就可以等到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数,可以等到光栅尺的位移和速度。
优点:
1、专业化设计,外形美观大方,记数频响速度快,功能强大。
2、压铸合金外壳,表面电喷塑处理,防尘耐磨,屏蔽性好。
3、专业设计独立电源,适应范围广、稳定性高、抗干扰能力强。
4、电源和信号抗干扰能力强,耐用的按键面板,更换简单、方便。
5、直接在数显表上进行正弦、余弦、正切函数等函数运算功能,方便加工。
6、可以在X和Y方向进行自动daoju补偿
7、RS-232-C接口可以实现与PC、PLC等连接用于各类自动化机构的位移测量。