四光栅传感器及应用.ppt

四、光栅传感器及其应用 光栅传感器主要用于长度和角度的精密测量以及数控系统的位置检测等。具有测量精度高、抗干扰能力强、适用于动态测量和自动测量以及数字显示等特点，在座标测量仪和数控机床的伺服系统中有着广泛的应用。 1、光栅的基本结构 （1）光栅 光栅是在透明的玻璃上刻有大量相互平行、等宽而又等间距的刻线。这些刻线是透明的和不透明的，或是对光反射的和不反射的。 黑白型长光栅 四、光栅传感器及其应用 1、光栅的基本结构 栅线 缝隙 光栅结构 a b W 栅线的宽度为a（一般为8~12mm），线间宽度为b，一般取a=b，而W=a+b， W称为光栅栅距(也称为光栅常数或光栅节距，是光栅的重要参数，用每毫米长度内的栅线数表示栅线密度，如100线／mm、250线／mm)。 (2)光栅结构 四、光栅传感器及其应用 1、光栅的基本结构 A、按其原理和用途可分为物理光栅和计量光栅。 (3)类型 B、按其透射形式，光栅可分为透射式光栅和反射式光栅。 C、按其栅线形式，光栅可分为黑白光栅(幅值光栅)和闪耀光栅(相位光栅)。 D、按其应用类型，光栅可分为长光栅和圆光栅。 (a) 长光栅 (b) 圆光栅 四、光栅传感器及其应用 2、光栅传感器的工作原理 莫尔条纹原理 a b W θ 四、光栅传感器及其应用 2、光栅传感器的工作原理 计量光栅是利用莫尔现象实现几何量的测量的。莫尔条纹的成因是由主光栅和指示光栅的遮光和透光效应形成的(两只光栅参数相同)。 莫尔条纹原理 主光栅 指示光栅 a b W d θ d d d f f f f （a） 四、光栅传感器及其应用 2、光栅传感器的工作原理 莫尔特性 (1)平均效应。莫尔条纹是由光栅的大量栅线共同形成的，对光栅栅线的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除刻线周期误差对测量精度的影响。 莫尔条纹原理 主光栅 指示光栅 a b W d θ d d d f f f f 四、光栅传感器及其应用 2、光栅传感器的工作原理 莫尔特性 (2)放大作用。 由于θ角很小，从式3—1可明显看出莫尔条纹有放大作用，放大倍数为 例如：W=0.02mm，θ=0.1°，则B=11.4592mm，其K值约为573，用其它方法很难得到这样大的放大倍数。 主光栅 指示光栅 a b W d θ d d d f f f f （a） B w/2 w/2 f f (b) 四、光栅传感器及其应用 2、光栅传感器的工作原理 莫尔特性 (3)对应关系。两光栅沿与栅线垂直的方向相对移动时，莫尔条纹沿栅线方向(确切地说，沿栅线夹角θ的平分线方向)移动。两光栅相对移动一栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距B。 主光栅 指示光栅 a b W d θ d d d f f f f （a） 四、光栅传感器及其应用 3、光栅传感器的结构 光栅传感器是利用莫尔条纹将光栅栅距的变化转换成莫尔条纹的变化，只要利用光电元件检测出莫尔条纹的变化次数，就可以计算出光栅尺移动的距离。光栅传感器作为一个独立完整的测量系统，它包括光栅传感器(光栅尺)和数显表两部分。 四、光栅传感器及其应用 3、光栅传感器的结构 图1 光栅尺 光 源 透 镜 主 光栅 指 示 光 源 光电接收 元件 图2 光栅尺结构原理 四、光栅传感器及其应用 3、光栅传感器的结构 光栅传感器由光源、光栅尺、光电元件及光学系统组成 图3—4 透射光栅光路、光电转换电路示意图 （a） b c 光源 指示光栅 聚光镜 主光栅 光电元件 物镜 Vcc 输出 a U 四、光栅传感器及其应用 4、光栅传感器的应用(1) 图3—5 透射长光栅和圆光栅传感器 （b） （a） 四、光栅传感器及其应用 4、光栅传感器的应用(2) 机床用光栅传感器 四、光栅传感器及其应用 4、光栅传感器的应用(3) 四、光栅传感器及其应用