光柵工作原理簡(jiǎn)介

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數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)結(jié)構(gòu)

位置檢測(cè)裝置

+_

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

軸的運(yùn)動(dòng)

電機(jī)

位置給定

數(shù)控計(jì)算

驅(qū)動(dòng)

位置檢測(cè)裝置的重要性

?檢測(cè)被控對(duì)象（軸）的位置并反饋給控制器

?其測(cè)量精度直接決定了系統(tǒng)控制精度

?一般應(yīng)至少比機(jī)床精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)

常用位置測(cè)量技術(shù)

測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)

年代

代表

廠商

信號(hào)

周期分辨率準(zhǔn)確度

感應(yīng)同步器50美國(guó)

FARRAND

2000

μm

5μm±20μm

光柵60德國(guó)

Heidenhain

20μm1μm±2μm

磁柵60日本

SONY

200μm1μm±10μm

激光70美國(guó)

HPλ=0.6328

μmλ/16

光柵

?光柵由光柵尺和讀數(shù)頭組成

?光柵尺上有排列均勻的刻線作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)

?讀數(shù)頭上有讀數(shù)光柵及光學(xué)器件

?柵距ω：常用的為10—100微米

ω

光柵的種類(lèi)-1?按原理分

–物理光柵（衍射光柵）

刻線間距接近光波波長(zhǎng)，用于光譜分析

–計(jì)量光柵

刻線間距一般從4微米—100微米

?按形狀分

–直線光柵

–圓光柵

?按輸出信號(hào)種類(lèi)分

–增量式光柵

–絕對(duì)式光柵

光柵的種類(lèi)-續(xù)?按材質(zhì)分

–金屬光柵

–玻璃光柵

–陶瓷光柵?按光路分

–透射式光柵

–反射式光柵?按結(jié)構(gòu)分

–封閉式光柵

–開(kāi)放式光柵LS106封閉式直線光柵開(kāi)放式直線光柵

光電效應(yīng)

?外光電效應(yīng)

–真空光電管，廣電

倍增管

?光電導(dǎo)效應(yīng)

–半導(dǎo)體光敏電阻?光生福特效應(yīng)

–光敏二極管，光敏

三極管，光電池

光通

量(lm)

5001000

電流

(mA)

10

20

30

40

50

光敏二極管的光照特性

莫爾條紋

ω1

ω2

θ

d

?莫爾條紋是光柵工作的基礎(chǔ)

?莫爾條紋的特征：

–對(duì)光柵節(jié)距的放大作用

ω1=ω2=ωd=ω/θ=Kω

K=1/θ–莫爾條紋放大系數(shù)ω=0.04mm,K=250d=10mm

–莫爾條紋運(yùn)動(dòng)與光柵副運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)性

?運(yùn)動(dòng)方向的對(duì)應(yīng)?運(yùn)動(dòng)頻率的對(duì)應(yīng)

莫爾條紋演示

?莫爾條紋的運(yùn)動(dòng)頻率和方向都與光柵副運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)

四場(chǎng)掃描?通過(guò)四個(gè)光電管同時(shí)掃描

光柵的四個(gè)位置

?得到四個(gè)各自相差90o電角

度的正弦信號(hào)

?二二反并聯(lián)使幅值增強(qiáng)一

倍，得到二組相差90o的正

弦信號(hào)

?由于四個(gè)光電管掃描的是

Cos四個(gè)不同部位，抗劃傷能

力較差Sin

準(zhǔn)單一場(chǎng)掃描?通過(guò)四個(gè)光電管掃描光

柵的同一個(gè)位置

?得到四個(gè)各自相差90o

電角度的正弦信號(hào)

?二二反并聯(lián)使幅值增強(qiáng)

一倍，得到二組相差

90o的正弦信號(hào)

?由于四個(gè)光電管掃描的

是同一部位，抗污染、劃傷能力大大增強(qiáng)SinCos

李薩如圖形

?x=A1sin(ωt)y=A2cos(ωt)A1=A2=A

x2+y2=A2(sin2(ωt)+cos2(ωt))=A2

?x=A1sin(ωt)y=A2cos(ωt)A1≠A2

x2+y2=A12sin2(ωt)+A22cos2(ωt)

二相幅值相等時(shí)是圓形二相幅值不等時(shí)是橢圓形

x

x

y

y

信號(hào)處理與細(xì)分

放大器1

1

3

檢波放大器sin

放

大器2

24

檢波放大器

cos放大器

0整形電路參考細(xì)分電路整形電路

組合電路

線驅(qū)動(dòng)器

通道A

通道B

線驅(qū)動(dòng)器

線驅(qū)動(dòng)器

零位

波形?原始正弦信號(hào)

?直接轉(zhuǎn)換成方波

?五倍細(xì)分并轉(zhuǎn)換成方波

參考信號(hào)

?在主光柵尺的下面有一個(gè)或幾個(gè)小光柵，提供參考信號(hào)，用于機(jī)床的回零

帶距離編碼的參考信號(hào)

?在主光柵尺的下面有一組不等間距分布的小光柵，提供參考信號(hào)，用于機(jī)床快速回零

10.0210.04

10.0010.06

20202020

絕對(duì)式光柵

?由幾個(gè)光柵軌按照一定編碼

規(guī)則組合而成

?讀頭移動(dòng)到行程長(zhǎng)度內(nèi)任意

位置均有一個(gè)特定的讀數(shù)

?開(kāi)機(jī)即有位置，不需要回零

操作

軌道1

軌道2

軌道3

光柵的精度

?準(zhǔn)確度等級(jí)

–在整個(gè)行程范圍任意1米測(cè)量長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)建立在平均值基礎(chǔ)上的位置偏差F的最大值Fmax均落在±α（μm）之內(nèi)，則±α為準(zhǔn)確度等

級(jí)

?一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的位置偏差

型號(hào)類(lèi)型信號(hào)周期精度等級(jí)推薦最小

測(cè)量步距

最高移動(dòng)速度

LB382封閉增量式40μm±5