光栅的种类和构造及工作原理.docx

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1、光栅的种类和构造及工作原理L光栅的种类和构造在高精度的数控机床上，目前大量使用光栅作为反响检 测元件。光栅与前面讲的旋转变压器、感应同步器不同，它 不是依靠电磁学原理开展工作的，不需要激磁电压，而是利 用光学原理开展工作，因而不需要复杂的电子系统。光栅种类较多。根据光线在光栅中是透射还是反射分为 透射光栅和反射光栅。前者是在透明的光学玻璃板上，刻制 平行等距的密集线纹，利用光的透射现象形成光栅。后者一 般用不透明的金属材料，如不锈钢板或铝板上刻制平行等距 的密集线纹，利用光的全反射或漫反射形成光栅。透射光栅 分辨率较反射光栅高，其检测精度可达lum以上。从形状 上看，光栅分为圆光栅和长光栅。前

2、者用于角度测量，后者 用于检测直线位移。两者工作原理基本相似。2.光栅的构造和工作原理光栅是由标尺光栅和光学读数头两局部组成。标尺光栅 一般固定在机床的活动部件上，如工作台。光栅读数头装在 机床固定部件上。指示光栅装在光栅读数头中。标尺光栅和 指示光栅的平行度及二者之间的间隙(0.050.1mm)要严格 保证。当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在 标尺光栅上相对移动。光栅读数头又叫光电转换器，它把光栅莫尔条纹变成电 信号。如图6-9所示为垂直入射读数头。读数头由光源、聚光镜、指示光栅、光敏元件和驱动电路等组成。1一光源；2透镜；3标尺光栅；4一指示光栅；5光电元件；6驱动线路当指示光

3、栅上的线纹和标尺光栅上的线纹呈一小角度 0放置时，造成两光栅尺上的线纹交叉。在光源的照射下， 交叉点附近的小区域内黑线重叠形成明暗相间的条纹，这种 条纹称为“莫尔条纹“莫尔条纹”与光栅的线纹几乎成垂 直方向排列（见图6-10）o莫尔条纹的特点：（1）当用平行光束照射光栅时，莫尔条纹由亮带到暗 带，再由暗带到光带的透过光的强度近似于正（余）弦函数。（2）起放大作用：用W表示莫尔条纹的宽度，P表示栅 距，e表示光栅线纹之间的夹角，那么由于。很小，那么（3）起平均误差作用。莫尔条纹是由假设干光栅线纹干 预形成的，这样栅距之间的相邻误差被平均化了，消除了栅 距不均匀造成的误差。（4）莫尔条纹的移动与栅

4、距之间的移动成比例。当干 预条纹移动一个栅距时，莫尔条纹也移动一个莫尔条纹宽度 W,假设光栅移动方向相反，那么莫尔条纹移动的方向也相反。 莫尔条纹的移动方向与光栅移动方向相垂直。这样测量光栅 水平方向移动的微小距离就用检测垂直方向的宽大的莫尔 条纹的变化代替。3.应用（光栅位移一数字转换系统）当光栅移动一个栅距，莫尔条纹便移动一个条纹宽度, 理论上光栅亮度变化是一个三角波形，但由于漏光和不能到 达最大亮度，被削顶削底后而近似一个正弦波。硅光电池将 近似正弦波的光强信号变为同频率的电压信号，经光栅位移 一数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉 冲，就代表移动了一个栅距那么大的位移，通过对脉冲计数 便可得到工作台的移动距离。