培训课件：数控机床的检测装置.pptVIP

天津工业大学 * 4.1 光栅的种类 按形状： 长光栅（直线光栅）：检测线位移 圆光栅：测量角位移 直线光栅按制作原理： 玻璃透射光栅 金属反射光栅 天津工业大学 * 直线光栅 玻璃透射光栅：是在玻璃的表面上涂上一层均匀的感光 材料或金属镀膜，用照相腐蚀等方法制成透明与不透 明间隔相等的线纹。 特点： 光源可采用垂直入射，光电元件可直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单； 每毫米上线纹数多，一般为100、125、250条/mm，经过电路细分，可做到微米级的分辨率。 天津工业大学 * 金属反射光栅：在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或 用钻石刀刻划制成的光栅线纹；常用的线纹数为4、10、 25、40、50条/mm，分辨率低。 特点： 标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致； 标尺光栅的安装和调整比较方便； 安装面积较小； 易于接长或制成整根的钢带长光栅； 不易碰碎。 天津工业大学 * 圆光栅 在玻璃圆盘外环端面上，做成黑白相间、呈辐射状条纹，相互间夹角（栅距角）相等。 六十进制： 如圆周内的线纹数为：10800，21600，32400，64800等 十进制： 如圆周内的线纹数为：1000，2500，5000等； 二进制： 如圆周内的线纹数为：512，1024，2048等。 天津工业大学 * 4.2 光栅的结构与测量原理 标尺光栅、光栅读数头 标尺光栅与行程等长，通常光栅长度为1m，行程大于1m时，需要将光栅接长。 组成： 安装： 标尺光栅一般安装在机床活动部件上（如工作台上或丝杠上）； 光栅读数头安装在机床固定部件上（如机床底座上）；指示光栅装在光栅读数头中。 （以玻璃透射式直线光栅为例） 光栅的结构 天津工业大学 * 天津工业大学 * 天津工业大学 * 光栅读数头组成： 光源、透镜、指示光栅、光敏元件、驱动线路。 作用：将莫尔条纹的光信号转换成电脉冲信号。 常见结构按光路分： 分光读数头 垂直入射读数头 反射读数头 分光读数头 垂直入射读数头 反射读数头 天津工业大学 * 两光栅尺沿线纹方向保持一个很小的夹角θ、刻划面平行且有一个很小间隙（ 一般0.05mm，0.1mm） 在光源照射下，在与两光栅线纹角θ的平分线相垂直的方向上，形成明暗相间条纹——莫尔条纹（横向莫尔条纹），两条亮（暗）纹间的距离称莫尔条纹宽度w 。 光栅的基本测量原理 天津工业大学 * 天津工业大学 * （1）光学放大作用 莫尔条纹特性： 放大比k为： 若d=0.01mm，θ＝0.01rad，则 w＝1mm，k＝100 天津工业大学 * （2）均化误差作用 莫尔条纹→ 大量光栅线纹形成→ 误差平均效应→ 克服个别/局部误差→ 提高精度 在一个栅距d内，光电元件所检测的光强变化为正弦（或余弦）变化。 （3）莫尔条纹移动与栅距移动成比例（同步性） 光栅移动一栅距d → 莫尔条纹移动一个间距w 光栅移动方向相反，莫尔条纹移动方向也相反。 天津工业大学 * 4.3 光栅测量系统 光栅移动，莫尔条纹亮暗交替变化，光强度分布近似余弦曲线，由光电元件变为同频率电压信号，经光栅位移—数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表移动了一个栅距，通过对脉冲计数便可得到工作台的移动距离。 天津工业大学 * 一个光电元件→只能计数,无法判断移动方向 在莫尔条纹的宽度内，放置四个光电元件，每隔1/4光栅栅距产生一个脉冲，一个脉冲代表移动了1/4栅距的位移，分辨精度可提高四倍，这就是四倍频方案。 增加线纹密度，但制造较困难，成本高。采用倍频的方法来提高光栅的分辨精度。 天津工业大学 * 天津工业大学 * 鉴向倍频电路作用：辨向、细分，提高光栅的分辨力 莫尔条纹原1个脉冲信号：0°、90°、180°、270°都有脉冲输出，一个周期内送出4个脉冲。分辨力提高4倍。 分辨率取决于光栅栅距d 和鉴向倍频的倍数n，即：分辨率＝d/n。 例：光栅线纹密度50条/mm（栅距20μm），经4倍频处理后，线纹密度提高到200条/mm，工作台每移动5μm送出一个脉冲，即分辨力为5μm，提高4倍。 四倍频鉴向电路工作原理：所谓四倍频，就是采用四个光电元件和四个狭缝，使其与莫尔条纹相重合的位置相差1／4栅距。这样，四个光电元件输出的正弦信号彼此之间相差90°，经过整形和逻辑处理后即可得到能够辨别方向的四倍频脉冲信号。 天津工业大学 * 思考： 用光栅测量位移,光栅发出22500脉冲,测得距离为112.5mm,光栅的分辨率是多少? 天津工业大学 * 5 编码器 编码器（ 码盘）：旋