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數控機床（chuáng）光柵有哪些種類和特點？

2013-4-2 來源：作者：

    在高精度數（shù）控機床上，使（shǐ）用光（guāng）柵作為位置檢測裝置（zhì）。它是將機械位移或模擬量轉變為數字脈衝，反饋給CNC係統，實現（xiàn）閉（bì）環位置控製。光柵種類很多，其中有物理光柵和計量光柵之分。數控機床物理光柵的刻線（xiàn）細而密，柵距（兩刻線間的距離）在。．002—0. 005mm之間，通常用於光譜分析和光波波長的測定。數控機床計量光柵相對來說刻線較粗，柵距在0.004—0. 25mm乏間，通常用於（yú）數字檢測係統，用來（lái）檢（jiǎn）測高精度的直線位移和角位移。數（shù）控機床計量光柵是用於（yú）數控機床的（de）精密檢測裝置，具有測量精度高、響（xiǎng）應速度快、量程寬等特點，是閉環（huán）係統中一種用（yòng）得較多的位置檢測裝置。
    1．數控機床光柵的（de）種類
    根據（jù）光線在光柵中是反射還是透射分（fèn）為透射光柵和反射光柵；透射光柵是（shì）在玻（bō）璃的（de）表麵上（shàng）製成透明與不透（tòu）明間隔相等的線紋。反（fǎn）射光柵是在（zài）鋼尺（chǐ）或不鏽鋼帶的表麵上，光整加工成反射光很強的鏡麵，用照相腐蝕工藝製作光柵條紋。
    根據光柵（shān）形狀可分（fèn）為直線（xiàn）光柵和圓光柵，直線（xiàn）光柵用於檢測（cè）直線位移，圓（yuán）光柵用於檢（jiǎn）測角位移。
    2數控機床光（guāng）柵的結構與工作原理（lǐ）
    (1)數控機床直（zhí）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（shì）光柵）、光電接收元件等組成。
    光柵裝置（zhì）由標尺光柵（shān）和指示光柵組成，在標尺光柵和指示光柵上都有密度相同（tóng）的許多刻線（xiàn），稱為光柵（shān）條紋（wén）。光柵條紋的密度一般為每毫米25、50.100或250條。通常（cháng）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兩者隨數控機床移動部件（jiàn）的移動而相對移動。兩光柵尺相互平行放（fàng）置，並保持一定的間隙(o. 00~o．imm)重疊在一起．a為柵線寬，^為柵線縫隙寬，d-。+^為光柵的柵距。數控機床由（yóu）光源、透鏡、光柵尺（chǐ）、光敏元件和一係列信號處理電路組成。信（xìn）號處（chù）理電路一般包括放大、整形、鑒向、倍頻電路等。通常情況下（xià），除標尺光柵與工作龠裝在一起隨其移動外，光源、透（tòu）鏡、指（zhǐ）示光柵、光敏元件和信號處（chù）理電路均裝在一個殼體內，做成一個單獨的部件，固定在（zài）機床上，其作用是將（jiāng）光柵莫爾條紋（wén）變成電信號。讀數頭由光源，透鏡（jìng）、指（zhǐ）示光柵、光敏元件和驅動線路組（zǔ）成，是一個單（dān）獨的部件（jiàn）。
    (2)光數控機床柵（shān）的基本測量原理
    對（duì）於棚距d相等的指示光柵和標尺光柵，當兩光（guāng）柵尺沿線紋方向保持一個很小的夾角日、刻（kè）劃麵相對（duì）平行（háng）且有（yǒu）一個很小的間（jiān）隙(一般取0 05mm，0 imm)放置時，在光源的（de）照射下，由於先的衍射或遮光效應，在與兩光柵線紋角目的平分線相垂直的（de）方向（xiàng）上（shàng），形成明（míng）暗相間的條紋，這種條紋稱“莫爾條紋”。由於0角很小-所以奠（diàn）爾條紋近似垂直於光柵的線紋，故有時稱（chēng）莫爾條紋為橫向奠爾條紋。莫爾條紋中兩（liǎng）條亮紋（wén）或兩（liǎng）條暗紋之間的距離稱（chēng）為奠爾條紋的寬度，以塒表不。
    莫爾（ěr）條（tiáo）紋具有如下特性：
    ①起放大作用。如圖4-25(b)所示（shì），在傾斜角自很小時，莫爾條紋（wén）寬度Ⅲ與柵距d之間有如下關係
    叫一d/(2sin0/2)≈d,10
    若取d=0.Oimm．O=O.Oirad，則w-imm。利用光的幹涉現象，就能把光柵的（de）柵（shān）距d轉換成放大100倍的（de）莫（mò）爾條紋寬度山。
    ②實現平均（jun1）誤差作用（yòng）。莫爾條紋是由（yóu）大（dà）量光柵（shān）線紋幹涉共同形成的，使得柵距之間的相鄰誤差被（bèi）平均化了·消（xiāo）除（chú）了由光柵線紋的製造誤差導致的（de）柵距（jù）不均勻而造成的測量誤差。
    ③莫爾條紋的（de）移動與柵距（jù）的（de）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（wén）寬（kuān）度；若光柵移動方向（xiàng）相反，則莫爾條紋移動方I句也相反。莫爾（ěr）條紋移動方向與兩光柵夾角口移動方向垂直（zhí）。這樣，測量光柵水平方向移動的微小距離就可用（yòng）檢測莫爾條（tiáo）紋移動的（de）變化來代替。
    由於（yú）莫爾條紋的位移（yí）剛好反映丁光柵柵距的位移，同時莫爾條紋（wén）的光（guāng）強也經（jīng）曆了一個由亮（liàng）到暗、由暗到亮的正弦變化周期。這樣，柵距移動（dòng）與莫爾條紋移動的對應關係，便於用光敏元件（如矽先電池）將光信號轉換成電信號。
    編碼器（qì）是一種旋轉式的檢測角位移的傳感器。在位移檢（jiǎn）測傳（chuán）感器中，編碼器是數控機床中使用較多（duō）的一種（zhǒng）傳感器（qì）。編碼器按碼盤的讀取方式，可分為（wéi）光電式、接觸式和電磁式。就精度和可靠性來講，光電式編碼器優於其他兩種，是（shì）目前（qián）應用較多的一種。下麵主要介紹光電脈衝編碼器。
    脈衝編碼器的型號由（yóu）每轉發出的脈衝數來區分。
數控（kòng）機床上常用的（de）脈衝編（biān）碼器有2 000P/r、2 000P/r、3 000P/r等（děng），在高速、高精度數字伺服係統中應用高（gāo）分辨率的脈衝編碼器，如20 000P／r、20 000P/r和30 000P/r等，現在已有使用每轉發10萬個脈衝的脈衝編碼器，該編碼器裝置內部采用了微處理器。

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