光柵尺位移傳感器光柵尺位移傳感器（簡稱光柵尺）憎茂，是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置挚躯。光柵尺位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于機床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面乳规，可用作直線位移或者角位移的檢測形葬。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大暮的，檢測精度高笙以，響應(yīng)速度快的特點。例如冻辩，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標(biāo)進行檢測猖腕，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用恨闪。 概述光柵尺在現(xiàn)代工業(yè)的貢獻也是非常巨大的倘感，不僅僅將現(xiàn)在加工精度進一步完善，更重要的是提高了現(xiàn)在加工時的工作效率咙咽。在現(xiàn)在中國加工業(yè)老玛、制造業(yè)越來越成熟，對加工的精度越來越高的時候钧敞，在各種機床上蜡豹，例如：銑床、磨床雇牍、車床嗅呻、線切割、電火花等機床上都可以安裝光柵尺乌心，其工作環(huán)境要求相對來說不是很苛刻导劝，對操作者的使用來說也十分簡單。需要說明的是匹羹，光柵尺只是一個反應(yīng)裝置齐皂，它可以將位移量和位移方向通過信號輸出的方式反饋出來协颅，但它不能直接顯示出來，它還需要一個顯示裝置仅汰，我們簡稱它為數(shù)顯顯示箱簇娩，也稱數(shù)顯表。只有當(dāng)光柵尺和數(shù)顯表連接在一起的時候蝉站，才能正常的將數(shù)值反應(yīng)給每一位操作者货裳，因而，我們對于光柵尺的使用上面捧颅，還是要多了解景图，如果不是很專業(yè)的人員，需要知道一些專業(yè)性的知識碉哑，才能單獨使用光柵尺作為反饋裝置使用挚币。裝置分類 光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不同，分為透射光柵和反射光柵扣典。 透射光柵指的光源與接收裝置分別放置在光柵尺的兩側(cè)妆毕，通過接收光柵尺透過來的衍射光變化來反應(yīng)位置變化。比較通用的是玻璃光柵贮尖。. 反射光柵指的是光源與接收裝置安裝在光柵尺的同一側(cè)笛粘，通過接收光柵尺反射回來的衍射光變化來反應(yīng)位置變化。比較通用的有鋼帶光柵和玻璃光柵远舅。.裝置結(jié)構(gòu) 光柵尺位移傳感器是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成闰蛔。標(biāo)尺光柵一般固定在機床活動部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機床固定部件上图柏，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中序六。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結(jié)構(gòu)。 光柵檢測裝置光柵檢測裝置結(jié)構(gòu)：光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭蚤吹，它由光源拒吧、會聚透鏡、指示光柵泡募、光電元件及調(diào)整機構(gòu)等組成描蹦。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(shù)頭票虎、鏡像式讀數(shù)頭仆阶、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭光柵檢測裝置工作原理 常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的摔色。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時驯祖，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下数辱，交叉點近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊彪御，因而遮光面積最小详般，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶筋顽。相反玷利，距交叉點較遠(yuǎn)的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少评疗，不透明區(qū)域面積逐漸變大测砂，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強壤巷，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵邑彪，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶，從而便形成了我們所見到的摩爾條紋胧华。

莫爾條紋

以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ宙彪，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時矩动，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上释漆，形成明暗相間的條紋悲没。這種條紋稱為“莫爾條紋” (右圖所示)。嚴(yán)格地說男图，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直示姿。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示揭凭。 莫爾條紋W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ 源快。 莫爾條紋具有以下特征： (1)莫爾條紋的變化規(guī)律 兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離俯重。由于光的衍射與干涉作用炫瘤，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步夕锹。 (2)放大作用 在兩光柵柵線夾角較小的情況下枷配，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系檬桅。式中物少，θ的單位為rad，W的單位為mm芹寓。由于傾角很小东著，sinθ很小，則 W=ω /θ 若ω =0．01mm婆精，θ=0.01rad继溯，則上式可得W=1雄炕，即光柵放大了100倍。 莫爾條紋計算(3)均化誤差作用 莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成需忿，例如每毫米100線的光柵诅炉，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了屋厘，消除了由于柵距不均勻涕烧、斷裂等造成的誤差。

檢測與數(shù)據(jù)處理

光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進行測量汗洒。高分辨率的光柵尺一般造價較貴议纯，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率溢谤，需要對莫爾條紋進行細(xì)分瞻凤，目前（2006年）光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時世杀，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋阀参，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動瞻坝。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量蛛壳。 在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能牢簸。例如骨矗，柵線為50線對/mm的光柵尺，其光柵柵距為0.02mm渺类，若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖烛储，這在工業(yè)普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量惰采，即要檢測其大小颂鞭，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號栋锣。為了消除共模干擾刑袒、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器谍竿。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端程悼，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數(shù)脈沖路影，需對這兩路信號進行整形诬像，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后闸婴，通過對方波的相位進行判別比較坏挠，就可以得到光柵尺的移動方向芍躏。通過對方波脈沖進行計數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度降狠。

安裝指導(dǎo)

光柵尺位移傳感器的安裝比較靈活对竣，可安裝在機床的不同部位。 一般將主尺安裝在機床的工作臺（滑板）上榜配，隨機床走刀而動否纬，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方蛋褥。其安裝方式的選擇必須注意切屑临燃、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時烙心，則必須增加輔助密封裝置膜廊。另外，一般情況下弃理，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機床靜止部件上贼匾，此時輸出導(dǎo)線不移動易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）挂蹦。

安裝基面

安裝光柵尺位移傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機床身上嚣历，更不能安裝在打底涂漆的機床身上叼叙。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查機床工作臺的主尺安裝面與導(dǎo)軌運動的方向平行度盟挤。千分表固定在床身上么酪，移動工作臺，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi)腻俏。如果不能達到這個要求长尼，則需設(shè)計加工一件光柵尺基座。 基座要求做到：(1)應(yīng)加一根與光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出光柵尺50mm左右）目尘。(2)該基座通過銑瞻替、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi)诺秒。另外遥倦，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm占锯。安裝時袒哥，調(diào)整讀數(shù)頭位置，達到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右消略，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右堡称。

主尺安裝

將光柵主尺用M4螺釘上在機床安裝的工作臺安裝面上瞎抛，但不要上緊，把千分表固定在床身上却紧，移動工作臺（主尺與工作臺同時移動）桐臊。用千分表測量主尺平面與機床導(dǎo)軌運動方向的平行度，調(diào)整主尺M4螺釘位置啄寡，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時豪硅，把M2螺釘徹底上緊。 在安裝光柵主尺時挺物，應(yīng)注意如下三點： (1) 在裝主尺時懒浮，如安裝超過1.5M以上的光柵時，不能象橋梁式只安裝兩端頭盘胯，尚需在整個主尺尺身中有支撐删广。(2)在有基座情況下安裝好后，最好用一個卡子卡住尺身中點（或幾點）刚驶。(3)不能安裝卡子時剩知，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好牙吼。

讀數(shù)頭安裝

在安裝讀數(shù)頭時瞭剧，如果發(fā)現(xiàn)安裝條件非常的有限，可以考慮使用附件柱称，如角鋁盘挠、直板，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達到安裝要求臼磁，然后再安裝讀數(shù)頭遗挚，其安裝方法與主尺相似。最后調(diào)整讀數(shù)頭吊磕，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)勃犬，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。安裝完畢后挎狸，可以用大拇指接觸讀數(shù)頭與光柵尺尺身表面是否平滑扣汪、平整。

限位裝置

光柵線位移傳感器全部安裝完以后伟叛，一定要在機床導(dǎo)軌上安裝限位裝置私痹，以免機床加工產(chǎn)品移動時讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺统刮。另外紊遵，用戶在選購光柵線位移傳感器時，應(yīng)盡量選用超出機床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量暗膜。

傳感器檢查

光柵線位移傳感器安裝完畢后匀奏，可接通數(shù)顯表，移動工作臺学搜，觀察數(shù)顯表計數(shù)是否正常娃善。 在機床上選取一個參考位置，來回移動工作點至該選取的位置瑞佩。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）聚磺。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)）智谓，往返多次后回到初始位置莹宁，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否一致。 通過以上工作嚎蛀，光柵尺線位移傳感器的安裝就完成了审腺。但對于一般的機床加工環(huán)境來講，鐵屑缰畦、切削液及油污較多确列。因此，傳感器應(yīng)附帶加裝護罩肥稠，護罩的設(shè)計是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定我昵，護罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力玫桅。

注意事項

（1）光柵尺位移傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進行因震。 （2）盡可能外加保護罩，并及時清理濺落在尺上的切屑和油液鳞编，嚴(yán)格防止任何異物進入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。 （3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動渐扮。 （4）為延長防塵密封條的壽命论悴，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上墓律。 （5） 為保證光柵尺位移傳感器使用的可靠性膀估，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔耻讽。 （6） 光柵尺位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打察纯，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂针肥，光柵尺傳感器即失效了饼记。 （7） 不要自行拆開光柵尺位移傳感器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距慰枕，否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精度具则；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦即纲，損壞鉻層也就損壞了柵線，以而造成光柵尺報廢博肋。 （8） 應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面低斋，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差刹震。 （9） 光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作司逗，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量环自。

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