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1、一、光栅尺,直线透射式光栅 1. 组成 由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，光栅读数头包括光源、透镜、光电元件、指示光栅等。如图所示。 标尺光栅和指示光栅也可称为长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。长光栅可安装在机床的固定部件上（如机床床身），其长度应等于工作台的全行程；短光栅长度较短，随光栅读数头安装在机床的移动部件上。,光栅位置检测装置的组成 1光源 2透镜 3标尺光栅4指示光栅 5光电元件,2. 工作原理 在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并保持0.01至0.1mm的间隙，指示光栅相对标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度。当光线平行照射光栅时，由于光的透射和衍射效应，在与两光
2、栅线纹夹角的平分线相垂直的方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹莫尔条纹，如图所示。,两条暗带或明带之间的距离称为莫尔条纹的间距B，若光栅的栅距为W，则 因为很小，则 由此可见，莫尔条纹的间距与光栅的栅距成正比。,莫尔条纹具有如下特点：,（1） 由上式可知，莫尔条纹的间距B是光栅栅距W的1/，由于很小（小于10），故BW，即莫尔条纹具有放大作用。例如，当栅距为W=0.01，=0.001rad时，莫尔条纹的间距B=10。因此，不需要经过复杂的光学系统，就能把光栅的栅距转换成放大了1000倍的莫尔条纹的宽度，从而大大简化了电子放大线路，这是光栅技术独有的特点。,（2）起均化误差作用 莫尔条纹由若
3、干线纹组成，若光电元件接受长度为10，当W=0.01时， 10宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成，因此，制造上的间距误差（或缺陷），只会影响千分之几的光电效果。所以，莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一条线纹，而是一组线纹的平均效应。,（3）莫尔条纹的变化规律 长短两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距B，即光栅某一固定点的光强按明暗明规律交替变化一次。光电元件只要读出移动的莫尔条纹条纹数，就知道光栅移动了多少栅距，从而也就知道了运动部件的准确位移量。,3. 光栅的辨向与信号处理,在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正（余）弦函数变化，反映莫尔条纹的移动的光信号由光电元件接收转
4、换成近似正（余）弦函数的电压信号; 经信号处理装置整形、放大及微分处理后，即可输出与检测位移成比例的脉冲信号。 为了既能计数，又能判别工作台移动的方向，光栅用了4个光电元件。每个光电元件相距四分之一栅距（W/4）。 当指示光栅相对标尺光栅移动时，莫尔条纹通过各个光电元件的时间不一样，光电元件的电信号虽然波形一样，但相位相差1/4周期。根据各光电元件输出信号的相位关系，就可确定指示光栅移动的方向。,光栅的特点 1. 有很高的检测精度。现在光栅的精度可达微米级，再经细分电路可以达到0.1微米。 2. 响应速度较快，可实现动态测量，易于实现检测及数据处理的自动化控制。 3. 对使用环境要求高，怕油污、灰尘及振动。 4. 由于标尺光栅一般较长，故安装、维护困难，成本高。,光电脉冲编码器 光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两面分别装有光源和光敏元件，当圆盘转动时，光线的明暗变化，经过光敏元件检测变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位差90的信号，用于辨向；一个零信号(又称一转信号)，用于机床回参考点的控制；另外还有+5 V电源和接地端信号。,
