海德漢HEIDENHAIN光柵尺,，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置,。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中,，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖,，具有檢測范圍大,，檢測精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn),。例如,，在數(shù)控機(jī)床中常用于對刀具和工件的坐標(biāo)進(jìn)行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差,，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)誤差的作用,。光柵尺按照制造方法和光學(xué)原理的不同,，分為透射光柵和反射光柵。

     海德漢HEIDENHAIN光柵尺是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成,。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床固定部件上,，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床活動(dòng)部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中,。右圖所示的就是光柵尺的結(jié)構(gòu),。

     光柵檢測裝置的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源,、會聚透鏡,、指示光柵,、光電元件及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成,。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(shù)頭,、鏡像式讀數(shù)頭,、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）,。

光柵檢測裝置

檢測與數(shù)據(jù)處理

電子細(xì)分與判向法

     光柵測量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進(jìn)行測量,。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難,。為了提高系統(tǒng)分辨率,，需要對莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分，光柵尺傳感器系統(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(shí),，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋，隨著光柵的移動(dòng),，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng),。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個(gè)數(shù)的測量。

     在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi),，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能,。例如，柵線為50線對/mm的光柵尺,，其光柵柵距為0.02mm,，若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(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(gè)矢量,，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,。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器,。由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端,，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)數(shù)脈沖,，需對這兩路信號進(jìn)行整形,，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后,，通過對方波的相位進(jìn)行判別比較,，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過對方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),，可以得到光柵尺的位移和速度,。