11-3光柵傳感器重點(diǎn)課件

第三節(jié)光柵傳感器

一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)

計(jì)量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計(jì)量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵。

10/6/20231尺身尺身安裝孔反射式掃描頭（與移動部件固定）掃描頭安裝孔可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長磁柵10/6/20232掃描頭（與移動部件固定）光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）10/6/20233反射式光柵10/6/20234透射式光柵10/6/20235透射式圓光柵固定10/6/20236莫爾條紋的光學(xué)放大作用

在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角θ。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。

光柵的刻線寬度W莫爾條紋的寬度LL≈W/θ，（θ為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度）

10/6/20237莫爾條紋演示10/6/20238莫爾條紋光學(xué)放大作用舉例

有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與指示光柵的夾角

=1.8

，則：分辨力

=柵距W=1mm/50=0.02mm=20

m（由于柵距很小，因此無法觀察光強(qiáng)的變化）莫爾條紋的寬度是柵距的32倍：L≈W/θ=0.02mm/（1.8

*3.14/180

）=0.02mm/0.0314=0.637mm由于較大，因此可以用小面積的光電池“觀察”莫爾條紋光強(qiáng)的變化。10/6/20239光柵的輸出信號（TTL）余弦信號（超前）正弦信號零位信號10/6/202310光柵輸出信號（電壓正弦波）細(xì)分點(diǎn)余弦信號正弦信號零位信號10/6/202311脈沖細(xì)分

細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個柵距的大小。采用4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。細(xì)分前細(xì)分后10/6/202312光柵細(xì)分舉例

有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細(xì)分?jǐn)?shù)為4細(xì)分，則：分辨力

=W/4

=（1mm/50）/4=0.005mm=5

m采用細(xì)分技術(shù)，在不增加光柵刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。10/6/202313辨向電路及波形如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實(shí)際應(yīng)用中，無論光柵作正向移動還是反向移動，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號，無法分辨位移的方向。例：某1024p/r圓光柵，正轉(zhuǎn)10圈，反轉(zhuǎn)4圈，若不采取辨向措施，則計(jì)數(shù)器將錯誤地得到14336個脈沖，而正確值為：(10－4)×1024＝6144個脈沖。10/6/202314正向運(yùn)動產(chǎn)生

加法脈沖正向運(yùn)動時(shí)，與門IC2無“減”計(jì)數(shù)脈沖輸出。10/6/202315為光柵設(shè)計(jì)的專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器（光柵計(jì)數(shù)卡）內(nèi)部包含以下電路：放大、整形、細(xì)分、辨向、報(bào)警、阻抗變換等。10/6/202316為光柵設(shè)計(jì)

的專用信號

處理單元（光柵插補(bǔ)器）功能同上頁10/6/202317光柵在機(jī)床上的安裝位置（2個自由度）10/6/202318光柵在機(jī)床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表10/6/202319光柵在機(jī)床上

的安裝位置

（3個自由度）（續(xù)）10/6/2023202自由度光柵數(shù)顯表X位移顯示Z（Y）位移顯示10/6/2023213自由度光柵數(shù)顯表10/6/202322光柵數(shù)顯表（續(xù)）三座標(biāo)數(shù)顯表10/6/202323SDS8-3E光柵數(shù)顯箱功能:公制/英制轉(zhuǎn)換

絕對/相對轉(zhuǎn)換

線性誤差補(bǔ)償

正反方向計(jì)算

歸零

插值補(bǔ)償

到達(dá)目標(biāo)值停機(jī)

PCD圓周分孔

200組零位記憶

電蝕深度目標(biāo)值顯示

實(shí)時(shí)工作位置顯示

掉電記憶10/6/202324光柵數(shù)顯表（續(xù)）設(shè)定按鍵10/6/202325安裝有直線光柵的數(shù)控機(jī)床加工實(shí)況