精密制造基礎-光學測量技術

1、DGUT光學測量技術光學測量技術盧盛林盧盛林 東莞理工學院東莞理工學院精密制造基礎精密制造基礎內容介紹內容介紹光柵尺1旋轉編碼器2基于三角測量法的位移傳感器3激光光幕尺寸測量傳感器4非接觸1實現(xiàn)高傳動比，無間隙，無摩擦2大行程和高精度3構成：構成：主光柵主光柵 - - 標尺光柵，定光柵；標尺光柵，定光柵；指示光柵指示光柵 - - 動光柵動光柵光電轉換電路等光電轉換電路等刻線密度刻線密度 - - 測量精度測量精度 ( 10( 10、2525、5050、100100、125125線線/mm )/mm )直線光柵直線光柵 - 直線位移；直線位移；圓光柵圓光柵 - 角位移角位移平面光柵平面光柵 - X

2、Y位移位移a. 封閉式封閉式b. 開放式開放式透射光柵透射光柵010,00,11,01,1反射光柵反射光柵由于擋光效應和光的衍射，在與線紋幾乎垂直方向上，會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱為“莫爾條紋” 。(1) 莫爾條紋（莫爾條紋（Moire） 光柵尺基本原理莫爾條紋的特點莫爾條紋的特點 放大作用放大作用 莫爾條紋紋距B 與光柵節(jié)距w和傾角之間的關系： 光柵橫向移動一個節(jié)距w ，莫爾條紋正好沿刻線上下移動一個節(jié)距B，用光電元件檢測莫爾條紋信號的變化就可以測量光柵的位移。例：例：當 w = 0.01mm， = 0.01 red， 則 B = 1mm，將柵距放大100倍的莫爾條紋寬度。由于很

3、小，因此 22sin/qw=BqwB光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù)光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù) 22sin/qw=BB2B 均化誤差作用均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長度愈長間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長度愈長,這一這一均化誤差的作用愈顯著。均化誤差的作用愈顯著。 根據(jù)莫爾條紋的移動根據(jù)莫爾條紋的移動與柵距移動的對應關系與柵距移動的對應關系逆時針方向選擇()順時針方向選擇() 左 下 上 右 上 下光柵移動方向莫爾條紋移動方向角的旋 轉方向 一種旋轉式的檢測角位移的傳感器。 將角位移用數(shù)字(脈

4、沖)形式表示，故 又稱脈沖編碼器。廣泛應用于NC機床的位置檢測，也常用它作為速度檢測元件。 1、編碼器分類、編碼器分類 按碼盤信號的讀取方式可分為：光電式、接觸式和電磁式 以光電式的精度和可靠性最好，NC機床常用光電式編碼器 按測量坐標系又可分為：增量式和絕對式按每轉發(fā)出的脈沖數(shù)分為：高分辨率 20000-30000p/r 普通分辨率 2000-3000p/rv 增量式光電脈沖編碼器增量式光電脈沖編碼器v （1 1）組成）組成：由光源、聚光鏡、光電盤、光欄板、光敏元件(光電管)、整形放大電路和數(shù)字顯示裝置等組成。 工作原理工作原理 光電盤按裝在被測軸上，隨主軸一起轉動。光電盤轉動時，光電元件光

5、電盤按裝在被測軸上，隨主軸一起轉動。光電盤轉動時，光電元件把通過光電盤和光欄板射過來的忽明忽暗的光信號把通過光電盤和光欄板射過來的忽明忽暗的光信號(近似于正弦信號近似于正弦信號)轉換轉換為電信號，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號，通過計算脈沖為電信號，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號，通過計算脈沖的數(shù)目，即可測出工作軸的轉角，并通過數(shù)顯裝置進行顯示。通過測定的數(shù)目，即可測出工作軸的轉角，并通過數(shù)顯裝置進行顯示。通過測定計數(shù)脈沖的頻率，即可測出工作軸的轉速。計數(shù)脈沖的頻率，即可測出工作軸的轉速。（4）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法 提高光電盤圓周的等分

6、狹縫的密度，實際上是使光電盤的 狹縫變成了圓光柵線紋。 增加光電盤的發(fā)信碼道，使盤上不僅只有一圈透光狹縫， 而且有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫(稱為碼道)，光電盤 回轉一周發(fā)出的脈沖信號數(shù)增多，使分辨率提高。 絕對式光電脈沖編碼器絕對式光電脈沖編碼器 （1）結構）結構 絕對式脈沖編碼器結構與增量式相似，就是絕對式脈沖編碼器結構與增量式相似，就是在碼盤的每一轉角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱為在碼盤的每一轉角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱為絕對碼盤。絕對式脈沖編碼器是通過讀取編碼盤上的代碼絕對碼盤。絕對式脈沖編碼器是通過讀取編碼盤上的代碼(圖案圖案)來表示軸的位置。來表示軸的位置。v 碼盤的種

7、類碼盤的種類v 按碼制不同分二進制碼、格雷碼（循環(huán)碼）、十進按碼制不同分二進制碼、格雷碼（循環(huán)碼）、十進制碼、六十進制碼等，最常用的是二進制循環(huán)碼盤。制碼、六十進制碼等，最常用的是二進制循環(huán)碼盤。 純二進制碼有一個純二進制碼有一個缺點：相鄰兩個二進制缺點：相鄰兩個二進制數(shù)可能有多位二進制碼數(shù)可能有多位二進制碼不同，當數(shù)碼切換時有不同，當數(shù)碼切換時有多個數(shù)位要進行切換，多個數(shù)位要進行切換，增大了誤讀的機率。增大了誤讀的機率。 而而碼則不同，相碼則不同，相鄰兩個二進制數(shù)碼只有鄰兩個二進制數(shù)碼只有一個數(shù)位不同，因此兩一個數(shù)位不同，因此兩數(shù)切換時只在一位進行，數(shù)切換時只在一位進行，提高了讀數(shù)的可靠性。提高了讀數(shù)的可