11_3第十一部分：第三节光栅传感器.ppt

第三节 光栅传感器 一、光栅的类型和结构 光栅的外形及结构 光栅的外形及结构（续） 反射式光栅 透射式光栅 透射式圆光栅 莫尔条纹的光学放大作用 莫尔条纹演示 莫尔条纹光学放大作用举例 光栅的输出信号（TTL） 光栅输出信号（电压正弦波） 脉冲细分 光栅细分举例 辨向电路及波形 如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。 正向运动产生加法脉冲 正向运动时，与门IC2无“减”计数脉冲输出。 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 为光栅设计的专用信号处理单元 （光栅插补器） 光栅在机床上的安装位置（2个自由度） 光栅在机床上的安装位置（3个自由度） 光栅在机床上的安装位置 （3个自由度）（续） 2自由度光栅数显表 3自由度光栅数显表 光栅数显表（续） 三座标数显表 SDS8-3E 光栅数显箱功能: 公制/英制转换绝对/相对转换线性误差补偿正反方向计算归零插值补偿到达目标值停机PCD圆周分孔200组零位记忆电蚀深度目标值显示实时工作位置显示掉电记忆 光栅数显表（续） 设定按键 安装有直线光栅的数控机床加工实况 作业p201:3、5 休 息 一 下 * * 计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。 尺身 尺身安装孔 反射式扫描头 （与移动部件固定） 扫描头安装孔 可移动电缆 防尘保护罩的内部为长磁栅 扫描头（与移动部件固定） 光栅尺 可移动电缆 固定 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角θ。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。 光栅的刻线宽度W 莫尔条纹的宽度L L≈W/θ ，（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度） 有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示光栅的夹角? =1.8?，则： 分辨力? =栅距W =1mm/50=0.02mm=20?m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： L ≈W/θ = 0.02mm/（1.8? *3.14/180? ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。 余弦信号 （超前） 正弦信号 零位信号 细分点 余弦信号 正弦信号 零位信号 细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于原光栅的分辨力提高了3倍，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量精度。 细分前 细分后 有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细分数为4细分，则： 分辨力? =W /4 =（1mm/50）/4 =0.005mm=5?m 采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。 例：某1024p/r 圆光栅，正转10圈，反转 4 圈，若不采取辨向措施，则计数器将错误地得到14336个脉冲，而正确值为：(10－4)×1024＝6144个脉冲。 内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。 功能同上页 数显表 X位移显示 Z（Y）位移显示 防护罩内为直线光栅 光栅扫描头 被加工工件 切削刀具 角编码器安装在夹具的端部