文档介绍：第五章机械位移传感器
光栅尺位移传感器
目录
一、教学内容
1、光栅尺组成
2、光栅尺工作原理
3、光栅的辨向与信号处理
4、光栅的特点
5、光栅尺的安装
6、光栅尺的安装注意事项(自学)
7、光栅尺的维护(自学)
二、归纳总结
三、作业
2学时
教学目标
教学目标
((1) 光栅尺的工作原理与特性;
(2) 直线式光栅尺与莫尔条纹
教学重点难点
重点
难点
光栅尺的工作原理;
光栅尺的安装与调试
机床上光栅尺
速度测量
位置测量
直线光栅尺用于测量直线轴的移动位置。由于直接测量机械位置,因此能够最准确的反应机床的实际位置。
对于机床控制而言光栅尺能够:
消除滚珠丝杠的反向间隙;
消除丝杆、导轨由于温度变化所带来的位置误差;(大型)
消除滚珠丝杠的螺距误差所带来的位置误差;
机床上光栅尺
对于机床控制而言,光栅尺常常应用于以下场合:
1、高精密机床:提高加工精度,提升产品的品质;
2、大型机床,如:大型龙门、卧加、镗铣床等;
使用光栅尺能够减小由于过长的传动链带来的传动误差,同时减
小温度变化带来的形变误差;
3、采用直驱技术的新型电机:直线电机等。
对于机床上使用的光栅尺,我们通常关注以下技术规格:
1、光栅尺的结构:钢带、玻璃;
2、光栅尺的信号类型:串行信号、方波信号、正弦波信号(1-Vpp);
3、光栅尺的分辨率;
4、光栅尺的信号周期、倍频;
光栅分为物理光栅和计量光栅两大类。检测直线位移的称为直线光栅,检测角度位移的称为圆光栅;根据光电元件感光方式不同,可将光栅分为玻璃透射式光栅和金属反射式光栅。
玻璃透射式光栅是在透明的光学玻璃表面制成感光涂层或金属镀膜,经过涂敷,蚀刻等工艺制成间隔相等的透明与不透明线纹,线纹的间距和宽度相等并与运动方向垂直,线纹之间的间距称为栅距。常用的线纹密度为25条/㎜、50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜。条数越多,光栅的分辨率越高。
圆光栅是在玻璃圆盘的圆环端面上,制成透光与不透光相间的条纹,条纹呈辐射状,相互间的夹角相等。
直线玻璃透射式光栅和金属反射式光栅检测装置分别如图所示。
透射式光栅检测装置
反射式光栅检测装置
光栅尺外形如图1所示,它由光源、聚光镜、主光栅、指示光栅和光电接收元件组成,如图2所示。其中光源供给光能;聚光镜将光源发出的光转换成平行光;主光栅与指示光栅构成光栅副,光栅副是光栅尺传感器的核心,它决定了光栅尺的精度
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
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。
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,,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θ。当光线平行照射光栅时,由于光的透射和衍射效应,在与两光栅线纹夹角θ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。