1、2023-1-301第三节第三节 光栅传感器光栅传感器 一、光栅的类型和结构一、光栅的类型和结构 计量光栅可分为透射式光栅和反射计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。又可分为长光栅和圆光栅。2023-1-302尺身尺身尺身安装孔尺身安装孔 反射式扫描头反射式扫描头 （与移动部件固定）（与移动部件固定）扫描头安装孔扫描头安装孔可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅防尘保护罩的内部为长磁栅2023-1-303扫
2、描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构（续）光栅的外形及结构（续）2023-1-304反射式光栅反射式光栅2023-1-305透射式光栅透射式光栅2023-1-306透射式圆光栅透射式圆光栅固定固定2023-1-307莫尔条纹莫尔条纹的光学放大作用的光学放大作用 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角角。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两。在两光
3、栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。光栅的刻线宽度光栅的刻线宽度W莫尔条纹的莫尔条纹的宽度宽度L L LW/，（为主为主光栅和光栅和指示光栅刻线的指示光栅刻线的夹角，弧度）夹角，弧度）2023-1-308莫尔条纹莫尔条纹演示演示2023-1-309莫尔条纹莫尔条纹光学放大作用光学放大作用举例举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与，主光栅与指示光栅的夹角指示光栅的夹角 =1.8，则：，则：分辨力分辨力 =栅距栅距W=1mm/50=0.02mm=20 m （由于
4、栅距很小，因此无法观察光强的变化）（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）莫尔条纹的莫尔条纹的宽度是栅距的宽度是栅距的32倍：倍：L W/=0.02mm/（1.8 *3.14/180 ）=0.02mm/0.0314=0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察观察”莫尔条纹莫尔条纹光强的变化。光强的变化。2023-1-3010光栅的输出信号（光栅的输出信号（TTLTTL）余弦信号余弦信号（超前）（超前）正弦信号正弦信号零位信号零位信号2023-1-3011光栅输出信号（电压正弦波）光栅输出信号（电压正弦波）细分点细分点余弦信号余弦信号正弦信号正弦信
5、号零位信号零位信号2023-1-3012脉冲细分脉冲细分 细分技术能在不细分技术能在不增加光栅刻线数及价增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用个栅距的大小。采用4 4细分技术后，计数细分技术后，计数脉冲的频率提高了脉冲的频率提高了4 4倍，相当于原光栅的倍，相当于原光栅的分辨力提高了分辨力提高了3 3倍，倍，测 量 步 距 是 原 来 的测 量 步 距 是 原 来 的1/41/4，较大地提高了，较大地提高了测量精度。测量精度。细分前细分前细分后细分后2023-1-3013光栅细分光栅细分举
6、例举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细，细分数为分数为4细分细分，则：，则：分辨力分辨力 =W/4=（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用细分技术，采用细分技术，在不增加光栅在不增加光栅刻线数刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。倍。2023-1-3014辨向电路及波形辨向电路及波形 如果传感器只安装一套光电元件，则如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向
7、。号，无法分辨位移的方向。例：某例：某1024p/r 圆光栅，正转圆光栅，正转10圈，反圈，反转转 4 圈，若不采取辨向措施，则计数器将圈，若不采取辨向措施，则计数器将错误地得到错误地得到14336个脉冲，而正确值为：个脉冲，而正确值为：(104)10246144个脉冲。个脉冲。2023-1-3015正向运动正向运动产生产生加法脉冲加法脉冲 正向正向运动时，运动时，与与门门IC2无无“减减”计数脉计数脉冲输出。冲输出。2023-1-3016为光栅设计的专用数据转接器为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）（光栅计数卡）内部包含以下电路：放大、整形、内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警
8、、阻抗变换等。细分、辨向、报警、阻抗变换等。2023-1-3017为光栅设计为光栅设计的专用信号的专用信号处理单元处理单元 （光栅插补器）（光栅插补器）功能同上页功能同上页2023-1-3018光栅在机床上的安装位置光栅在机床上的安装位置（2 2个自由度）个自由度）2023-1-3019光栅在机床上的安装位置光栅在机床上的安装位置（3个自由度）个自由度）数显表数显表2023-1-3020光栅在机床上光栅在机床上的安装位置的安装位置 （3个自由度）个自由度）（续）（续）2023-1-30212 2自由度光栅数显表自由度光栅数显表X位移位移显示显示Z（Y）位移）位移显示显示2023-1-30223
9、 3自由度光栅数显表自由度光栅数显表2023-1-3023光栅数显表（续）光栅数显表（续）三座标三座标数显表数显表2023-1-3024SDS8-3E SDS8-3E 光栅数显箱功能光栅数显箱功能:公制公制/英制转换英制转换绝对绝对/相对转换相对转换线性误差补偿线性误差补偿正反方向计算正反方向计算归零归零插值补偿插值补偿到达目标值停机到达目标值停机PCD圆周分孔圆周分孔200组零位记忆组零位记忆电蚀深度目标值显示电蚀深度目标值显示实时工作位置显示实时工作位置显示掉电记忆掉电记忆 2023-1-3025光栅数显表（续）光栅数显表（续）设定按键设定按键2023-1-3026安装有直线光栅的数控机床加工实况安装有直线光栅的数控机床加工实况 防护罩内为直线光栅防护罩内为直线光栅光栅扫描头光栅扫描头被加工工件被加工工件切削刀具切削刀具角编码器角编码器安装在夹安装在夹具的端部具的端部2023-1-3027作业作业p201:p201:3 3、5 52023-1-3028休休 息息 一一 下下
