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數(shù)控機(jī)床光柵

日期：2011年07月22　來(lái)源：沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）　關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
    在高精度數(shù)控機(jī)床上，使用光柵作為位置檢測(cè)裝置。它是將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給CNC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵種類(lèi)很多，其中有物理光柵和計(jì)量光柵之分。數(shù)控機(jī)床物理光柵的刻線(xiàn)細(xì)而密，柵距（兩刻線(xiàn)間的距離）在。．002—0. 005mm之間，通常用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定。數(shù)控機(jī)床計(jì)量光柵相對(duì)來(lái)說(shuō)刻線(xiàn)較粗，柵距在0.004—0. 25mm乏間，通常用于數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)高精度的直線(xiàn)位移和角位移。數(shù)控機(jī)床計(jì)量光柵是用于數(shù)控機(jī)床的精密檢測(cè)裝置，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、量程寬等特點(diǎn)，是閉環(huán)系統(tǒng)中一種用得較多的位置檢測(cè)裝置。
    1．?dāng)?shù)控機(jī)床光柵的種類(lèi)
    根據(jù)光線(xiàn)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(xiàn)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(qiáng)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(xiàn)光柵和圓光柵，直線(xiàn)光柵用于檢測(cè)直線(xiàn)位移，圓光柵用于檢測(cè)角位移。
    2數(shù)控機(jī)床光柵的結(jié)構(gòu)與工作原理
    (1)數(shù)控機(jī)床直線(xiàn)透射光柵的組成
    光柵位置檢測(cè)裝置由光派、長(zhǎng)光柵（標(biāo)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(biāo)尺光柵和指示光柵組成，在標(biāo)尺光柵和指示光柵上都有密度相同的許多刻線(xiàn)，稱(chēng)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(jī)床的固定部件上，標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床的移動(dòng)部件上t兩者隨數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)。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(xiàn)寬，^為柵線(xiàn)縫隙寬，d-。+^為光柵的柵距。數(shù)控機(jī)床由光源、透鏡、光柵尺、光敏元件和一系列信號(hào)處理電路組成。信號(hào)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(biāo)尺光柵與工作龠裝在一起隨其移動(dòng)外，光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和信號(hào)處理電路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，做成一個(gè)單獨(dú)的部件，固定在機(jī)床上，其作用是將光柵莫爾條紋變成電信號(hào)。讀數(shù)頭由光源，透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路組成，是一個(gè)單獨(dú)的部件。
    (2)光數(shù)控機(jī)床柵的基本測(cè)量原理
    對(duì)于棚距d相等的指示光柵和標(biāo)尺光柵，當(dāng)兩光柵尺沿線(xiàn)紋方向保持一個(gè)很小的夾角日、刻劃面相對(duì)平行且有一個(gè)很小的間隙(一般取0 05mm，0 imm)放置時(shí)，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(xiàn)紋角目的平分線(xiàn)相垂直的方向上，形成明暗相間的條紋，這種條紋稱(chēng)“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(xiàn)紋，故有時(shí)稱(chēng)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(chēng)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(shí)，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(shí)現(xiàn)平均誤差作用。莫爾條紋是由大量光柵線(xiàn)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(xiàn)紋的制造誤差導(dǎo)致的柵距不均勻而造成的測(cè)量誤差。
    ③莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例。當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)移動(dòng)一個(gè)奠爾條紋寬度；若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方I句也相反。莫爾條紋移動(dòng)方向與兩光柵夾角口移動(dòng)方向垂直。這樣，測(cè)量光柵水平方向移動(dòng)的微小距離就可用檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)的變化來(lái)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(shí)莫爾條紋的光強(qiáng)也經(jīng)歷了一個(gè)由亮到暗、由暗到亮的正弦變化周期。這樣，柵距移動(dòng)與莫爾條紋移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于用光敏元件（如硅先電池）將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
    編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感器。在位移檢測(cè)傳感器中，編碼器是數(shù)控機(jī)床中使用較多的一種傳感器。編碼器按碼盤(pán)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(lái)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(hào)由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來(lái)區(qū)分。
數(shù)控機(jī)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(wàn)個(gè)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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