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QQ交談德國P+F倍加福光柵尺柵距之間的相鄰誤差就被平均化
最近更新時間：2024-7-29
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德國P+F倍加福光柵尺柵距之間的相鄰誤差就被平均化
P+F光柵尺,，也稱為P+F光柵尺位移傳感器（P+F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。P+F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，以起到一個補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動誤差的作用,。P+F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。
P+F光柵尺是由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成,。圖1所示的就是P+F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）,。
莫爾條紋
以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ,，并且兩個P+F光柵尺刻面相對平行放置時,，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上,，形成明暗相間的條紋,。這種條紋稱為“莫爾條紋" (圖2所示)。嚴(yán)格地說,，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直,。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示,。
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ ,。
莫爾條紋具有以下特征：
(1)莫爾條紋的變化規(guī)律
兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離,。由于光的衍射與干涉作用,，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步,。
(2)放大作用
在兩光柵柵線夾角較小的情況下,，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關(guān)系,。式中,，θ的單位為rad，W的單位為mm,。由于傾角很小,，sinθ很小，則
W=ω /θ
若ω =0．01mm,，θ=0.01rad,，則上式可得W=1，即光柵放大了100倍,。
(3)均化誤差作用
莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成,，例如每毫米100線的光柵,，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了,，消除了由于柵距不均勻,、斷裂等造成的誤差。
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P+F光柵尺一般造價較貴,，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,，P+F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,，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,，莫爾條紋也隨之上下移動,。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。
在一個莫爾條紋寬度內(nèi),，按照一定間隔放置4個光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能,。例如，柵線為50線對/mm的P+F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P+F光柵尺的移動方向,。通過對方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),，可以得到P+F光柵尺的位移和速度,。
P+F光柵尺線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機(jī)床的不同部位,。
一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺（滑板）上,，隨機(jī)床走刀而動，讀數(shù)頭固定在床身上,，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方,。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向,。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時,，則必須增加輔助密封裝置。另外,，一般情況下,，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機(jī)床靜止部件上，此時輸出導(dǎo)線不移動易固定,，而尺身則應(yīng)安裝在相對機(jī)床運(yùn)動的部件上（如滑板）,。
1、P+F光柵尺線位移傳感器安裝基面
安裝P+F光柵尺傳感器時,，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身上,，更不能安裝在打底涂漆的機(jī)床身上。光柵主尺及讀數(shù)頭分別安裝在機(jī)床相對運(yùn)動的兩個部件上,。用千分表檢查機(jī)床工作臺的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動的方向平行度,。千分表固定在床身上,，移動工作臺,，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi),。如果不能達(dá)到這個要求,，則需設(shè)計(jì)加工一件P+F光柵尺基座,。
基座要求做到：(1)應(yīng)加一根與P+F光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出P+F光柵尺50mm左右）,。(2)該基座通過銑,、磨工序加工,，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi),。另外,，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm,。安裝時,，調(diào)整讀數(shù)頭位置，達(dá)到讀數(shù)頭與P+F光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,，讀數(shù)頭與P+F光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右,。
2、P+F光柵尺線位移傳感器主尺安裝
將光柵主尺用M4螺釘上在機(jī)床安裝的工作臺安裝面上，但不要上緊,，把千分表固定在床身上,，移動工作臺（主尺與工作臺同時移動）。用千分表測量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動方向的平行度,，調(diào)整主尺M(jìn)4螺釘位置,，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時，把M2螺釘上緊,。