文档介绍：连接光栅尺与数控装置
一、任务引入
数控装置与光栅尺的联接原理图如图1所示,根据图1进行连接,并用数字示波器观察光栅尺的波形。
图1   数控装置与光栅尺的联接
二、任务分析
从图1中可看到光栅尺与数控装置的XS32接口相连,将检测的信号反馈给数控系统,对机床的移动(转动)进行控制。什么是光栅?光栅是怎样工作的?有哪些位置检测装置?怎样检测数控系统中的位置测量装置的误差?下面我们就对这些问题进行讲解。
三、相关知识

光栅尺测量系统如图2所示,它由光源1、透镜2、标尺光栅3、指示光栅4、光敏元件5和信号处理电路组成。信号处理电路又具有放大、整形和鉴向倍频功能。
通常情况下,除标尺光栅与工作台装在一起随工作台移动外,光源、透镜、指示光栅、光敏元件和信号处理电路均装在一个壳体内,做成一个单独部件固定在机床上。这个部件称为光栅读头,其作用是将莫尔条纹的信号转换成所需的电脉冲信号。当标尺光栅随工作台一起移动时,光源通过聚光镜后,透过标尺光栅和指示光栅形成忽明忽暗的莫尔条纹(光信号);光敏元件把光信号转换成电信号,然后通过信号处理电路的放大、整形、鉴相倍频后输出或显示。为了测量转向,至少要放置两个光敏元件,两者相距1/4莫尔条纹节距,这样当莫尔条纹移动时,会得到两路信号相位相差π/2的波形;将输出信号送入鉴向电路,即可判断移动方向。
图2  光栅尺测量系统
l一光源;2一透镜;3一标尺光栅;4一指示光栅;5一光敏元件
为了提高光栅的分辨率,通常还用4倍频的方法细分。所谓4倍频细分,就是将莫尔条纹原来的每个脉冲信号,变为在O、π/2、π、3π/2时都有脉冲输出,从而使精度提高了4倍。,,系统就会送出一个脉冲,。由此可见,光栅尺测量系统的分辨率不仅取决于光栅尺的栅距,而且取决于鉴相倍频的倍数n,即:
分辨率=栅距/n

计量光栅是用于数控机床的精密检测元件,是闭环系统中一种用得较多的测量装置,用作位移或转角的测量,测量精度可达几微米。
(1)光栅的种类与精度
在玻璃的表面上制成透明与不透明间隔相等的线纹,称透射光栅;在金属的镜面上制成全反射与漫反射间隔相等的线纹,称反射光栅,也可以把线纹做成具有一定衍射角度的定向光栅。
计量光栅分为长光栅(测量直线位移)和圆光栅(测量角位移),而每一种又根据其用途和材质的不同分为多种。
1)直线光栅(即长光栅)   
①玻璃透射光栅。它是在玻璃表面感光材料的涂层上或者在金属镀膜上制成的光栅线纹,也有用刻蜡、腐蚀、涂黑工艺制成的。光栅的几何尺寸主要根据光栅线纹的长度和安装情况具体确定,如图3所示。
玻璃透射光栅的特点是:光源可以采用垂直入射,光电元件可直接接受光信号,因此信号幅度大,读数头结构简单;每毫米上的线纹数多,一般常用的黑白光栅可做到每毫米100条线,再经过电路细分,可做到微米级的分辨率。
图3  透射光栅
②金属反射光栅。是在钢尺或不锈钢带的镜面上用照相腐蚀工艺制作或用钻石刀直接刻画制作光栅条纹。
金属反射光栅的特点是:标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致;标尺光栅的安装和调整比较方便;安装面积较小;易于接长或制成整根的钢带长光栅;不易碰碎。目前常用的每毫米线