光柵和激光位移測量

關(guān)于光柵和激光位移測量第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、光柵式傳感器

---等節(jié)距的透光和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光學(xué)元件物理光柵：計量光柵：利用光的衍射現(xiàn)象分析光譜、測定波長利用光的莫爾條紋現(xiàn)象測量精密位移第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日長光柵---直線位移；圓光柵---角位移

構(gòu)成：主光柵---標尺光柵，定光柵；指示光柵---動光柵長度---測量范圍；刻線密度---測量精度(10、25、50、100、125線/mm)第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日(1)莫爾條紋（Moire）條紋寬度：

W-柵距，a-線寬，b-縫寬W=a+b，a=b=W/2

特例：當(dāng)=0,w1=w2

→B=→光閘莫爾條紋當(dāng)=0,w1≠w2

→縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日莫爾條紋特性：方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時→與光柵移動方向垂直同步性：光柵移動一個柵距→莫爾條紋移動一個間距一方向?qū)?yīng)放大性：夾角θ很小→B>>W→光學(xué)放大→提高靈敏度可調(diào)性：夾角θ↓→條紋間距B↑→靈活準確性：大量刻線→誤差平均效應(yīng)→克服個別/局部誤差→提高精度(2)光柵傳感器分類與結(jié)構(gòu)原理按運動形式分：直線型---主光柵為直尺形→直線移動旋轉(zhuǎn)型---主光柵為圓盤形→旋轉(zhuǎn)運動按光學(xué)形式分：透射式---光源與光電元件在兩側(cè)→透射光反射式---光源與光電元件同一側(cè)→反射光第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日(3)圓光柵傳感器光柵---徑向光柵、切向光柵、環(huán)形光柵徑向圓光柵切向圓光柵第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日①徑向光柵的圓弧形莫爾條紋兩塊徑向光柵---柵距角相同/不大偏心量光柵不同區(qū)域，柵線交角不同---圓弧形莫爾條紋（不同曲率半徑）條紋寬度---隨位置變化偏心垂直位置上---條紋近似垂直于柵線偏心方向上---條紋近似平行于柵線---橫向莫爾條紋---縱向莫爾條紋其他位置---斜向莫爾條紋實際應(yīng)用特例---光閘莫爾條紋（同心、柵距角相同）主光柵（一個柵距角）---透光量（一個周期）莫爾條紋---圓弧形、環(huán)形、輻射形第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日②切向光柵的環(huán)形莫爾條紋兩塊切向光柵---柵距角相同/切線圓半徑不同/同心疊合環(huán)形莫爾條紋---以光柵中心為圓心的同心圓簇條紋寬度---隨條紋位置變化應(yīng)用：高精度角度測量和分度---全光柵平均效應(yīng)優(yōu)點：③環(huán)形光柵的輻射形莫爾條紋兩塊環(huán)形光柵（相同）---柵線相對/不大的偏心量輻射形莫爾條紋---條紋近似直線/呈輻射狀特點：條紋數(shù)目/位置---偏心量大小/圓心連線方向光柵旋轉(zhuǎn)---條紋數(shù)目/位置（不變）偏心量（一個柵距）---莫爾條紋數(shù)目增加一條（一個象限內(nèi)）應(yīng)用：主軸偏移、晃動第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日(4)光柵傳感器特點①精度高：測長±(0.2+2×10-6L)μm，測角±0.1″②量程大：透射式---光柵尺長（米），反射式---幾十米③響應(yīng)快：可用于動態(tài)測量④增量式：增量碼測量→計數(shù)斷電→數(shù)據(jù)消失⑤要求高：對環(huán)境要求高→溫度、濕度、灰塵、振動、移動精度⑥成本高：電路復(fù)雜第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、激光干涉測量系統(tǒng)單頻激光干涉系統(tǒng)第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日雙頻激光干涉系統(tǒng)---信噪比高，抗干擾能力強，大位移測量（200m以上）第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日雙頻激光干涉測量系統(tǒng)第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日三、激光測距系統(tǒng)3）激光三角法---大范圍遠距離測距（幾千/幾十千米）1）脈沖測距法2）相位差測距法激光短脈沖信號（激光器被測目標）測量精度：時間間隔測量精度（脈沖窄、響應(yīng)速度快）遠距離---固體/二氧化碳；近距離---半導(dǎo)體巨脈沖激光器---地球—月球距離（分辨力：1m）激光束調(diào)制---相位差---時間---距離距離特點：測量精度高、分辨力強第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日原理：y=f(x)xy第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日Keyence激光測距傳感器激光測距產(chǎn)品第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日特點：

非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡單、測量距離大、抗干擾、測量點?。◣资⒚祝?、測量準確度高精度：光學(xué)元件本身的精度、環(huán)境溫度、激光束的光強和直徑大小以及被測物體的表面特征第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日應(yīng)用：第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日厚度測量：(a)參考表面：兩傳感器同向---減小偏心誤差(b)相對測量：兩傳感器反向，無參考表面---克服鋼板本身上下起伏造成的誤差第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日測量范圍：16mm左右；相對測量精度：0.1%~0.2