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光栅尺工作原理介绍
发布者:顺华测量 发布时间:2012/9/26 8:29:16 浏览:4525次 【字体:

【光栅尺工作原理介绍】

高科技的发展,现在很多的设备上都用上了光栅尺,在工业设备上大批利用,光栅是一张由条状透镜组成的薄片,当我们从镜头的一边看过去,将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像,而这条线的地位则由视察角度来决定??。如果我们将这数幅在不同线条上的图像,对应于每个透镜的宽度,分辨按次序分行排列印刷在光栅薄片的背面上,当我们从不同角度通过透镜视察,将看到不同的图像??。 

    光栅尺:其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用,在数控机床中常用来视察其是否走刀有误差,以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用,其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用,然后可以给手起到一个是否要调剂我是否要转变用力的标准??。

    一???⊿引言

    目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图??。 

    随着电子技巧和单片机技巧的发展,光栅传感器在位移测量系统得到广泛利用,并逐步向智能化方向转化??。

    利用光栅传感器构成的位移量主动测量系统原理示意图??。该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相联合来完成对位移量的主动测量,它具有判别光栅移动方向???⊿预置初值???⊿实现主动定位把持及过限报警???⊿自检和掉电掩护以及温度误差修正等功效??。下面对该系统的工作原理及设计思想作以下介绍??。

    二???⊿电子细分与判向电路

    光栅测量位移的本质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量??。目前高分辨率的光栅尺一般造价较贵,且制作艰苦??。为了进步系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,本系统采用了电子细分方法??。当两块光栅以渺小倾角重叠时,在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹,随着光栅的移动,莫尔条纹也随之高低移动??。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量,同量莫尔条纹又具有光学放大作用,其放大倍数为 

    (1)  式中:W为莫尔条纹宽度;d为光栅栅距(节距);θ为两块光栅的夹角,rad

    在一个莫尔条纹宽度内,按照必定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功效??。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm,其光栅栅距为0??。02mm,若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲,这在一般工业测控中已达到了很高精度??。由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方向,因此至少需要两路相位不同的光电信号??。为了打消共模干扰???⊿直流分量和偶次谐波,我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器??。由4个滏电器件获得的4路光电信号分辨送到2只差分放大器输入端,从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2,为得到判向和计数脉冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空比为11的方波,经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器,最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理??。

    三???⊿单片机与接口电路

    为实现可逆计数和进步测量速度,系统采用了193可逆计数器??。假设工作平台运行速度为v,光栅传感器栅距为d,细分数为N,则计数脉冲的频率为:

    (2)  v=1m/s,d=20μm,N=20,则f=1MHz,对应计数时间间隔为1,显然对于8031单片机系统的响应为2μs是不能胜任的??。经可逆计数器分频后,可大大地进步测量速度??。

    由于1934位二进制输出,为与单片机接口,把两片193采用了级联的方法,这样最多可计255个脉冲,若再来脉冲,进位端或借位端将输出一个脉冲送到单片机T0???⊿T1端计数,保证送到8031的信号不丧失??。

    本系统长度最大可测几米(由光栅实际长度决定),最小分辨率为μm级,需要7个显示数据??。正向运行时不显示符号,反向运行时需显示"-"号,所以连同符号位,共需8个显示块??。为了符全人们利用习惯,显示块选用共阴极LED??。

    为实现测量系统的智能化,设置了一个2×8方法键盘矩阵,其中包含0910个数字键和6个功效键:L/A长度/角度转称功效键;+/-符号转换功效键;ΔT温度误差修正功效键;EXE履行键;ENT预置键CE(清零键)??。键盘???⊿显示器与单片机之间通过一个接口芯片8155来连接??。其中,8155PA口设置辚基础输出方法,作为8LED显示的段码线;PB口设为输出方法,作为8LED的位选线;PC口设为输入方法,作为键盘的行扫描线??。PB口侠选线每次选通1位显示,每次显示1ms,由于人眼视觉惰性,可产生8位显示块同时显示现象??。

    由于从前置电路74LS54出来的脉冲经过2193分频后,直接进入8031的仅为大于255""数,而小于255""数是由两片193输出通过I/O接口输入到8031内部处理,这个I/O接口芯片是通过扩大一片8255实现的??。其中,8255PB口设为基础输入方法,PB0-PB3作为1#193输入,PB4PB7作为2#193输入??。PA口???⊿PC口的低位设为输出,作为系统并行BCD码输出??。由于8031单片机无内ROM,应外扩大一片27324k  EPROM)??。只用PSEN片选,不必增长地址译码??。为锁存8031P0口输入的地址信号,在80312732之间需加一片74LS373地址锁存器??。

    四???⊿软件设计

    根据硬件电路和系统功效请求,我们设计了软件程序,由于采用了温度误差修正子程序,可使检测的精度得到大大进步??。光栅传感器是光机电一体化结构,光栅尺是由玻璃制做,外壳是由型铝材料??。当环境温度变更时,必定会引起结构尺寸转变导致光栅栅距的变更,带来检测误差??。设定环境温度为20时为检测标准值,与标准值比较测出温度变更时带来的位移误差值,即时测出位移误差一温度特别性性曲线,由特征曲线拟合出误差一温度方程式,作为软件温度误差修正的基础??。本系统软件采用模块化结构,软件编制简洁,紧凑合理??。

    五???⊿结论

    根据上述硬件电路和软件设计,经实验测试,系统的测精度可优于±5μm,目前,我们研制的利用光栅传感器进行长度???⊿角度主动测量的智能仪表已形成系列产品,分辨率可从20μm1μm,具有性能稳固???⊿抗干扰能力强???⊿体积小???⊿结构紧凑???⊿成本低等优点,已成功地利用于机库改革和相干的光电尺寸与地位检测系统中??。

    【光栅尺位移传感器的介绍】

    一???⊿位移传感器基础原理 

    光栅位移传感器的工作原理,是由一对光栅副中的主光栅(即标尺光栅)和副光栅(即唆使光栅)进行相对位移时,在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间(或明暗相间)的规矩条纹图形,称之为莫尔条纹??。经过光电器件转换使黑白(或明暗)雷同的条纹转换成正弦波变更的电信号,再经过放大器放大,整形电路整形后,得到两路相差为90°的正弦波或方波,送入光栅数显表计数显示??。 

    二???⊿位移传感器安装方法 

    光栅线位移传感器的安装比较机动,可安装在机床的不同部位??。 

    一般将主尺安装在机床的工作台(滑板)上,随机床走刀而动,读数头固定在床身上,尽可能使读数头安装在主尺的下方??。其安装方法的选择必须注意切屑???⊿切削液及油液的溅落方向??。如果由于安装地位限制必须采用读数头朝上的方法安装时,则必须增长赞助密封装置??。另外,一般情况下,读数头应尽量安装在相对机床静止部件上,此时输出导线不移动易固定,而尺身则应安装在相对机床运动的部件上(如滑板)??。 

    1???⊿位移传感器安装基面 

    安装光栅线位移传感器时,不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上,更不能安装在打底涂漆的机床身上??。光栅主尺及读数头分辨安装在机床相对运动的两个部件上??。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度??。千分表固定在床身上,移动工作台,请求达到平行度为0.1mm/1000mm以内??。如果不能达到这个请求,则需设计加工一件光栅尺基座??。基座请求做到:①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座(最好基座长出光栅尺50mm左右)??。②该基座通过铣???⊿磨工序加工,保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内??。另外,还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座??。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm??。安装时,调剂读数头地位,达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0??。1mm左右,读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右??。 

    2???⊿位移传感器主尺安装 

    将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上,但不要上紧,把千分表固定在床身上,移动工作台(主尺与工作台同时移动)??。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度,调剂主尺M4螺钉地位,使主尺平行度满足0??。1mm/1000mm以内时,把M2螺钉彻底上紧??。在安装光栅主尺时,应注意如下三点: 

    1  在装主尺时,如安装超过1.5M以上的光栅时,不能象桥梁式只安装两端头,尚需在全部主尺尺身中有支撑??。 

    2  在有基座情况下安装好后,最好用一个卡子卡住尺身中点(或几点)??。 

    3  不能安装卡子时,最好用玻璃胶粘住光栅尺身,使基尺与主尺固定好??。 

    3???⊿位移传感器读数头的安装 

    在安装读数头时,首先应保证读数头的基面达到安装请求,然后再安装读数头,其安装方法与主尺类似??。最后调剂读数头,使读数头与光栅主尺平行度保证在0??。1mm之内,其读数头与主尺的间隙把持在1~1.5mm以内??。 

    4???⊿位移传感器限位装置 

    光栅线位移传感器全部安装完以后,必定要在机床导轨上安装限位装置,以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端,从而损坏光栅尺??。另外,用户在选购光栅线位移传感器时,应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺,以留有余量??。 

    5???⊿位移传感器检查 

    光栅线位移传感器安装完毕后,可接通数显表,移动工作台,视察数显表计数是否正常??。 

    在机床上选取一个参考地位,来回移动工作点至该选取的地位??。数显表读数应雷同(或回零)??。另外也可应用千分表(或百分表),使千分表与数显表同时调至零(或记忆起始数据),往返多次后回到初始地位,视察数显表与千分表的数据是否一致??。 

    通过以上工作,光栅传感器的安装就完成了??。但对于一般的机床加工环境来讲,铁屑???⊿切削液及油污较多??。因此,光栅传感器应附带加装护罩,护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留必定的空间尺寸断定,护罩通常采用橡皮密封,使其具备必定的防水防油能力??。 

    三???⊿位移传感器应用注意事项 

    1)光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源落后行??。 

    2)尽可能外加掩护罩,并及时清算溅落在尺上的切屑和油液,严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部??。 

    3)定期检查各安装联接螺钉是否松动??。 

    4)为延伸防尘密封条的寿命,可在密封条上均匀涂上一薄层硅油,注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上??。 

    5  为保证光栅传感器应用的可靠性,可每隔必定时间用乙醇混杂液(各50%)清洗擦拭光栅尺面及唆使光栅面,保持玻璃光栅尺面干净??。 

    6  光栅传感器严禁激烈震动及摔打,以免损坏光栅尺,如光栅尺断裂,光栅传感器即失效了??。 

    7  不要自行拆开光栅传感器,更不能任意修正主栅尺与副栅尺的相对间距,否则一方面可能损坏光栅传感器的精度;另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦,损坏铬层也就损坏了栅线,以而造成光栅尺报废??。 

    8  应注意防止油污及水污染光栅尺面,以免损坏光栅尺线条纹散布,引起测量误差??。 

    9  光栅传感器应尽量避免在有严重腐化作用的环境中工作,以免腐化光栅铬层及光栅尺表面,损坏光栅尺质量??。

深圳市顺华测量仪器有限公司供给专业的光栅尺安装技巧人员 ??。

 

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