11_3 第十一章：第三节 光栅传感器

2020/2/81第三节光栅传感器一、光栅的类型和结构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。2020/2/82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光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅2020/2/83扫描头（与移动部件固定）光栅尺可移动电缆光栅的外形及结构（续）2020/2/84反射式光栅2020/2/85透射式光栅2020/2/86透射式圆光栅固定2020/2/87莫尔条纹的光学放大作用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LL≈W/θ，（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度）2020/2/88莫尔条纹演示2020/2/89莫尔条纹光学放大作用举例有一直线光栅，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。2020/2/810光栅的输出信号（TTL）余弦信号（超前）正弦信号零位信号2020/2/811光栅输出信号（电压正弦波）细分点余弦信号正弦信号零位信号2020/2/812脉冲细分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2020/2/813光栅细分举例有一直线光栅，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。2020/2/814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。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。2020/2/815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。2020/2/816为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。2020/2/817为光栅设计的专用信号处理单元（光栅插补器）功能同上页2020/2/818光栅在机床上的安装位置（2个自由度）2020/2/819光栅在机床上的安装位置（3个自由度）数显表2020/2/820光栅在机床上的安装位置（3个自由度）（续）2020/2/8212自由度光栅数显表X位移显示Z（Y）位移显示2020/2/8223自由度光栅数显表2020/2/823光栅数显表（续）三座标数显表2020/2/824SDS8-3E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2020/2/825光栅数显表（续）设定按键2020/2/826安装有直线光栅的数控机床加工实况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2020/2/827作业p201:3、52020/2/828休息一下