光柵尺是光柵�位移傳感�的簡�,是將動�(tài)的位移測量以編碼方式輸出的長度測量儀��
光柵尺在�(xiàn)代工�(yè)的貢�(xiàn)也是非常巨大的,不僅僅將�(xiàn)在加工精度�(jìn)一步完�,更重要的是提高了現(xiàn)在加工時的工作效率。在�(xiàn)在中國加工業(yè)、制造業(yè)越來越成�,對加工的精度越來越高的時�,在各種�(jī)床上,例如:銑床、磨�、車�、線切割、電火花等機(jī)床上都可以安裝光柵尺,其工作�(huán)境要求相對來說不是很苛刻,對操作者的使用來說也十分簡��
光柵尺只是一個反�(yīng)裝置,它可以將位移量和位移方向通過信號輸出的方式反饋出�,但它不能直接顯示出�,它還需要一個顯示裝�,我們簡稱它為數(shù)顯顯示箱,也��(shù)顯表。只有當(dāng)光柵尺和�(shù)顯表連接在一起的時�,才能正常的將數(shù)值反�(yīng)給每一位操作者,因�,我們對于光柵尺的使用上�,還是要多了�,如果不是很的人�,需要知道一些性的知識,才能單�(dú)使用光柵尺作為反饋裝置使��
常見光柵的工作原理都是根�(jù)物理上莫爾條紋的形成原理�(jìn)行工作的。當(dāng)使指示光柵上的線紋與�(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時,必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下,交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊,因而遮光面積最�,擋光效�(yīng)最�,光的累積作用使得這個區(qū)域出�(xiàn)亮帶。相反,距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)�,因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少,不透明區(qū)域面積逐漸變大,即遮光面積逐漸變大,使得擋光效�(yīng)變強(qiáng),只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵,使這個區(qū)域出�(xiàn)暗帶,這些暗帶就是莫爾條紋�
以透射光柵為例,當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ,并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時,在光源的照射�,位于幾乎垂直的柵紋�,形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋�。嚴(yán)格地說,莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度,以W表示:W=ω /2* sin(�/2�=ω /θ
莫爾條紋具有以下特征�
(1)莫爾條紋的變化規(guī)�
兩片光柵相對移過一個柵�,莫爾條紋移過一個條紋距�。由于光的衍射與干涉作用,莫爾條紋的變化�(guī)律近似正(�)弦函�(shù),變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距�(shù)同步�
(2)放大作用
在兩光柵柵線夾角較小的情況下,莫爾條紋寬度ω和光柵柵距W、柵線角θ之間有下列關(guān)�。式�,θ的單位為rad,W的單位為mm。由于傾角很�,sinθ很小,則
W=ω /θ
若� �0�01mm,θ=0.01rad,則上式可得W�1,即光柵放大�100��
(3)均化誤差作用
莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成,例如每毫米100線的光柵�10mm寬度的莫爾條紋就�1000條線紋,這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化�,消除了由于柵距不均�、斷裂等造成的誤��
檢測與數(shù)�(jù)處理
光柵測量位移的實(shí)�(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)�(zhǔn)尺子對位稱量�(jìn)行測�。高分辨率的光柵尺一般造價較貴,且制造困�。為了提高系�(tǒng)分辨率,需要對莫爾條紋�(jìn)行細(xì)�,目前(2006年)光柵尺位移傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時,在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條�,隨著光柵的移動,莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量�(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測��
在一個莫爾條紋寬度內(nèi),按照一定間隔放�4個光電器件就能實(shí)�(xiàn)電子�(xì)分與判向功能。例如,柵線�50線對/mm的光柵尺,其光柵柵距�0.02mm,若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)�(shù)脈沖,這在工業(yè)普通測控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一個矢�,即要檢測其大小,又要檢測其方向,因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干�、直流分量和偶次諧波,通常采用由低漂移�(yùn)放構(gòu)成的差分放大�。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入�,從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2,為得到判向和計(jì)�(shù)脈沖,需對這兩路信號�(jìn)行整�,首先把它們整形為占空比為1�1的方�。然�,通過對方波的相位�(jìn)行判別比�,就可以得到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖�(jìn)行計(jì)�(shù),可以得到光柵尺的位移和速度�
光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不�,分為玻璃透射光柵和金屬反射光��
光柵尺位移傳感器是有�(biāo)尺光柵和光柵讀�(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在�(jī)床活動部件上,光柵讀�(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上,指示光柵裝在光柵讀�(shù)頭中。右圖所示的就是光柵尺位移傳感器的結(jié)�(gòu)。光柵檢測裝置結(jié)�(gòu)光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀�(shù)頭,它由光源、會聚透鏡、指示光�、光電元件及�(diào)整機(jī)�(gòu)等組�。光柵讀�(shù)頭結(jié)�(gòu)形式很多,根�(jù)讀�(shù)頭結(jié)�(gòu)特點(diǎn)和使用場合分為直接接收式讀�(shù)�(或稱硅光電池讀�(shù)�、鏡像式讀�(shù)頭、分光鏡式讀�(shù)�、金屬光柵反射式讀�(shù)頭)�
1、各類測量機(jī)�(gòu)、儀器的位移測量:彈簧試�(yàn)�(jī)、三坐標(biāo)�(jī)、投影儀�
2、各類機(jī)床的�(shù)顯系�(tǒng):車�、銑床、磨�、鏜床、電火花、鉆床等�
3、各類數(shù)控機(jī)床的配套使用:數(shù)控銑、加工中�、數(shù)控磨��
4、光柵尺配接PLC,用于各類自動化機(jī)�(gòu)的位移測量�
光柵尺位移傳感器的安裝比較靈�,可安裝在機(jī)床的不同部位�
一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(滑板)上,隨�(jī)床走刀而動,讀�(shù)頭固定在床身�,盡可能使讀�(shù)頭安裝在主尺的下�。其安裝方式的選擇必須注意切�、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀�(shù)頭朝上的方式安裝�,則必須增加輔助密封裝置。另�,一般情況下,讀�(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機(jī)床靜止部件上,此時輸出導(dǎo)線不移動易固�,而尺身則�(yīng)安裝在相對機(jī)床運(yùn)動的部件上(如滑板)�
一、基面安�
安裝光柵尺位移傳感器�,不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身�,更不能安裝在打底涂漆的�(jī)床身�。光柵主尺及讀�(shù)頭分別安裝在�(jī)床相對運(yùn)動的兩個部件上。用千分表檢查機(jī)床工作臺的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動的方向平行�。千分表固定在床身上,移動工作臺,要求達(dá)到平行度�0.1mm/1000mm以內(nèi)。如果不能達(dá)到這個要�,則需�(shè)�(jì)加工一件光柵尺基座�
基座要求做到�(1)�(yīng)加一根與光柵尺尺身長度相等的基座(基座長出光柵尺50mm左右��(2)該基座通過�、磨工序加工,保證其平面平行�0.1mm/1000mm以內(nèi)。另�,還需加工一件與尺身基座等高的讀�(shù)頭基�。讀�(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時,調(diào)整讀�(shù)頭位置,�(dá)到讀�(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,讀�(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距�1~1.5mm左右�
�、主尺安�
將光柵主尺用M4螺釘上在�(jī)床安裝的工作臺安裝面上,但不要上�,把千分表固定在床身上,移動工作臺(主尺與工作臺同時移動�。用千分表測量主尺平面與�(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動方向的平行�,調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置,使主尺平行度滿�0.1mm/1000mm以內(nèi)�,把M2螺釘徹底上緊�
在安裝光柵主尺時,應(yīng)注意如下三點(diǎn)�
(1)在裝主尺�,如安裝超過1.5M以上的光柵時,不能象橋梁式只安裝兩端�,尚需在整個主尺尺身中有支��
(2)在有基座情況下安裝好�,用一個卡子卡住尺身中�(diǎn)(或幾點(diǎn)��
(3)不能安裝卡子�,用玻璃膠粘住光柵尺�,使基尺與主尺固定好�
三、讀�(shù)頭安�
在安裝讀�(shù)頭時,如果發(fā)�(xiàn)安裝條件非常的有�,可以考慮使用附件,如角鋁、直�,首先應(yīng)保證讀�(shù)頭的基面�(dá)到安裝要�,然后再安裝讀�(shù)�,其安裝方法與主尺相�。調(diào)整讀�(shù)�,使讀�(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi),其讀�(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。安裝完畢后,可以用大拇指接觸度�(shù)頭與光柵尺尺身表面是否平�、平整�
�、限位裝�
光柵線位移傳感器全部安裝完以�,一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置,以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動時讀�(shù)頭沖撞到主尺兩端,從而損壞光柵尺。另�,用戶在選購光柵線位移傳感器時,�(yīng)盡量選用超出�(jī)床加工尺�100mm左右的光柵尺,以留有余量�
�、傳感器檢查
光柵線位移傳感器安裝完畢后,可接通數(shù)顯表,移動工作臺,觀察數(shù)顯表�(jì)�(shù)是否正常�
在機(jī)床上選取一個參考位�,來回移動工作點(diǎn)至該選取的位�。數(shù)顯表讀�(shù)�(yīng)相同(或回零)。另外也可使用千分表(或百分表),使千分表與�(shù)顯表同時�(diào)至零(或記憶起始�(shù)�(jù)),往返多次后回到初始位置,觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)�(jù)是否一致�
通過以上工作,光柵尺線位移傳感器的安裝就完成�。但對于一般的�(jī)床加工環(huán)境來�,鐵�、切削液及油污較多。因�,傳感器�(yīng)附帶加裝�(hù)�,護(hù)罩的�(shè)�(jì)是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定,護(hù)罩通常采用橡皮密封,使其具備一定的防水防油能力�
1、光柵尺位移傳感器與�(shù)顯表插頭座插拔時�(yīng)�(guān)閉電源后�(jìn)行�
2、盡可能外加保護(hù)�,并及時清理濺落在尺上的切屑和油液,�(yán)格防止任何異物�(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)��
3、定期檢查各安裝�(lián)接螺釘是否松��
4、為延長防塵密封條的壽命,可在密封條上均勻涂上一薄層硅油,注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面��
5、為保證光柵尺位移傳感器使用的可靠�,可每隔一定時間用乙醇混合液(�50[%])清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,保持玻璃光柵尺面清潔�
6、光柵尺位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打,以免破壞光柵尺,如光柵尺斷裂,光柵尺傳感器即失效了�
7、不要自行拆開光柵尺位移傳感�,更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距,否則一方面可能破壞光柵尺傳感器的精�;另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦,損壞鉻層也就損壞了柵線,以而造成光柵尺報廀�
8、應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,以免破壞光柵尺線條紋分�,引起測量誤差�
9、光柵尺位移傳感器應(yīng)盡量避免在有�(yán)重腐蝕作用的�(huán)境中工作,以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表�,破壞光柵尺�(zhì)量�