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數(shù)控機床光柵


日期：2011年07月22　來源：沈陽機床（集團）　關(guān)鍵字：數(shù)控機床
    在高精度數(shù)控機床上，使用光柵作為位置檢測裝置。它是將機械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給CNC系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵種類很多，其中有物理光柵和計量光柵之分。數(shù)控機床物理光柵的刻線細而密，柵距（兩刻線間的距離）在。．002—0. 005mm之間，通常用于光譜分析和光波波長的測定。數(shù)控機床計量光柵相對來說刻線較粗，柵距在0.004—0. 25mm乏間，通常用于數(shù)字檢測系統(tǒng)，用來檢測高精度的直線位移和角位移。數(shù)控機床計量光柵是用于數(shù)控機床的精密檢測裝置，具有測量精度高、響應(yīng)速度快、量程寬等特點，是閉環(huán)系統(tǒng)中一種用得較多的位置檢測裝置。
    1．數(shù)控機床光柵的種類
    根據(jù)光線在光柵中是反射還是透射分為透射光柵和反射光柵；透射光柵是在玻璃的表面上制成透明與不透明間隔相等的線紋。反射光柵是在鋼尺或不銹鋼帶的表面上，光整加工成反射光很強的鏡面，用照相腐蝕工藝制作光柵條紋。
    根據(jù)光柵形狀可分為直線光柵和圓光柵，直線光柵用于檢測直線位移，圓光柵用于檢測角位移。
    2數(shù)控機床光柵的結(jié)構(gòu)與工作原理
    (1)數(shù)控機床直線透射光柵的組成
    光柵位置檢測裝置由光派、長光柵（標尺光柵）、短光柵（指示光柵）、光電接收元件等組成。
    光柵裝置由標尺光柵和指示光柵組成，在標尺光柵和指示光柵上都有密度相同的許多刻線，稱為光柵條紋。光柵條紋的密度一般為每毫米25、50.100或250條。通常指示光柵固定在機床的固定部件上，標尺光柵固定在機床的移動部件上t兩者隨數(shù)控機床移動部件的移動而相對移動。兩光柵尺相互平行放置，并保持一定的間隙(o. 00~o．imm)重疊在一起．a(chǎn)為柵線寬，^為柵線縫隙寬，d-。+^為光柵的柵距。數(shù)控機床由光源、透鏡、光柵尺、光敏元件和一系列信號處理電路組成。信號處理電路一般包括放大、整形、鑒向、倍頻電路等。通常情況下，除標尺光柵與工作龠裝在一起隨其移動外，光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和信號處理電路均裝在一個殼體內(nèi)，做成一個單獨的部件，固定在機床上，其作用是將光柵莫爾條紋變成電信號。讀數(shù)頭由光源，透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動線路組成，是一個單獨的部件。
    (2)光數(shù)控機床柵的基本測量原理
    對于棚距d相等的指示光柵和標尺光柵，當兩光柵尺沿線紋方向保持一個很小的夾角日、刻劃面相對平行且有一個很小的間隙(一般取0 05mm，0 imm)放置時，在光源的照射下，由于先的衍射或遮光效應(yīng)，在與兩光柵線紋角目的平分線相垂直的方向上，形成明暗相間的條紋，這種條紋稱“莫爾條紋”。由于0角很小-所以奠爾條紋近似垂直于光柵的線紋，故有時稱莫爾條紋為橫向奠爾條紋。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為奠爾條紋的寬度，以塒表不。
    莫爾條紋具有如下特性：
    ①起放大作用。如圖4-25(b)所示，在傾斜角自很小時，莫爾條紋寬度Ⅲ與柵距d之間有如下關(guān)系
    叫一d/(2sin0/2)≈d,10
    若取d=0.Oimm．O=O.Oirad，則w-imm。利用光的干涉現(xiàn)象，就能把光柵的柵距d轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋寬度山。
    ②實現(xiàn)平均誤差作用。莫爾條紋是由大量光柵線紋干涉共同形成的，使得柵距之間的相鄰誤差被平均化了·消除了由光柵線紋的制造誤差導致的柵距不均勻而造成的測量誤差。
    ③莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例。當光柵移動一個柵距時，莫爾條紋也相應(yīng)移動一個奠爾條紋寬度；若光柵移動方向相反，則莫爾條紋移動方I句也相反。莫爾條紋移動方向與兩光柵夾角口移動方向垂直。這樣，測量光柵水平方向移動的微小距離就可用檢測莫爾條紋移動的變化來代替。
    由于莫爾條紋的位移剛好反映丁光柵柵距的位移，同時莫爾條紋的光強也經(jīng)歷了一個由亮到暗、由暗到亮的正弦變化周期。這樣，柵距移動與莫爾條紋移動的對應(yīng)關(guān)系，便于用光敏元件（如硅先電池）將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
    編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測角位移的傳感器。在位移檢測傳感器中，編碼器是數(shù)控機床中使用較多的一種傳感器。編碼器按碼盤的讀取方式，可分為光電式、接觸式和電磁式。就精度和可靠性來講，光電式編碼器優(yōu)于其他兩種，是目前應(yīng)用較多的一種。下面主要介紹光電脈沖編碼器。
    脈沖編碼器的型號由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。
數(shù)控機床上常用的脈沖編碼器有2 000P/r、2 000P/r、3 000P/r等，在高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)中應(yīng)用高分辨率的脈沖編碼器，如20 000P／r、20 000P/r和30 000P/r等，現(xiàn)在已有使用每轉(zhuǎn)發(fā)10萬個脈沖的脈沖編碼器，該編碼器裝置內(nèi)部采用了微處理器。

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