第9课 光栅教案.docVIP

课时安排： 2 学时 课程类型：理论课√ 实验课□ 实习课□ 习题课□ 实训课□ 其它□ 教学地点：普通教室√ 多媒体教室□ 计算机房□ 实验室□ 实训中心□ 其它□ 题 目：光栅 教学目的及教学要求： 掌握长光栅检测装置的结构 熟悉数字变换电路 教学重点和难点： 长光栅检测装置的结构 教学方法与媒介： 讲授、多媒体课件及模型 班级 07数控(1)、（2）、（3） 作 业： P 66 8、9、12 教学后记： I、示标 II、复习 1、感应同步器的结构和工作原理 2、感应同步器的应用 III、新授 第三节 光栅 光栅用于光谱分析和光波波长的测定，是测量数控机床工作台位移的光电检测元件。 光栅分为物理光栅和计量光栅。 物理光栅——刻线细密，用于光谱分析和光波波长的测定。 计量光栅——比较而言刻线较粗，但栅距也较小，在0.004～0.25mm之间，测量的位置精度非常高，分辨率也很高，达0.1μm，主要用在数字检测系统。 光栅传感器为动态测量元件，按运动方式分为长光栅和圆光栅： 长光栅用来测量直线位移； 圆光栅用来测量角度位移。 根据光线在光栅中的运动路径分为透射光栅和反射光栅。 一般光栅传感器都是做成增量式的，也可以做成绝对值式的。 目前光栅传感器应用在高精度数控机床的伺服系统中，其精度仅次于激光式测量。在加工中心等高精度数控机床上应用较广。 一、 长光栅检测装置的结构 1．长光栅检测装置的结构 光栅是由光源、聚光镜、主光栅、指示光栅和光敏元件等构成。 主光栅和指示光栅分别安装在机床的移动部件及固定部件上，两者相对移动，相互平行，它们之间保持0.05mm或0.1mm的间隙。主光栅和指示光栅的刻线错开一定的角度，以得到莫尔条纹。 主光栅和指示光栅通称为光栅尺，它们是在真空镀膜的玻璃片或长条形金属镜面上光刻出均匀密集的线纹。 光栅的线纹相互平行，线纹之间的距离称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是圆心角相等的向心条纹。两条向心纹线之间的夹角称为栅距角。 栅距和栅距角是光栅的重要参数。 对于长光栅，金属反射光栅的线纹密度为25～50/mm；玻璃透射光栅为100～250/mm。对于圆光栅，一周内刻有10800条线纹（圆光栅直径为φ270mm，360进制）。 图5.9 光栅的结构 图5.10 光栅读数头 1-防护垫 2-光栅读数头 1-光源 2-准直镜 3-指示光栅 3-标尺光栅 4-防护罩 4-光敏元件 5-驱动线路 什么叫莫尔条纹？ 栅距相同的主光栅和指示光栅，刻线面相对的重叠在一起，中间留有适当小的间隙，并且两者刻线错开一定的角度θ，两块光栅的刻线就会相交。这样由于光的干涉效应，就会产生和栅线接近于垂直的明暗相间的条纹，这些条纹就是莫尔条纹。 图4-41 莫尔条纹 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。 莫尔条纹中相邻两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的间距。 摩尔条文宽度B的理论公式 莫尔条纹的特征（特点）： （1）莫尔条纹的变化规律 两片两光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹间距。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，变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。 （2）放大作用 用W（mm）表示莫尔条纹的宽度，P(mm)表示栅距，θ(rad)为光栅线纹之间的夹角，在两光栅栅线夹角较小的情况下，如图4-41所示则有 莫尔条纹宽度W与角θ成反比， θ越小，放大倍数越大。就不需要经过复杂的光学系统，便能将光栅的栅距放大，从而大大减化了电子放大线路。 （3）均化栅距误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成，例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不均匀造成的误差。 （4） 辨向作用 当光栅尺移动一个栅距P时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个间距 W。只要通过光电元件测出莫尔条纹的数目，就可知道光栅移动了多少个栅距，工作台移动的距离可以计算出来。若光栅移动方向相反，则莫尔条纹移动方向也相反（见图4-41）。 若标尺光栅不动，将指示光栅转一很小的角度，两者移动方向及光栅夹角关系如下表所示。因莫尔条纹移动方向与光栅移动方向垂直，可用检测垂直方向宽大的莫尔条纹代替光栅水平方向移动的微小距离。 莫尔条纹移动方向与光栅移动方向及光栅夹