化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
ELAP PM2S-50-5K-M12光柵尺工作原理
閱讀：65 發(fā)布時(shí)間：2025-5-29ELAP PM2S-50-5K-M12光柵尺是一款基于光學(xué)莫爾條紋原理實(shí)現(xiàn)高精度位移測(cè)量的傳感器，其工作原理可分為光學(xué)成像,、信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理,、位移計(jì)算三個(gè)核心環(huán)節(jié)。以下結(jié)合其技術(shù)特性進(jìn)行詳細(xì)解析：
一,、光學(xué)成像：莫爾條紋的生成與特性
光柵副結(jié)構(gòu)
標(biāo)尺光柵（主光柵）：鍍膜玻璃材質(zhì),，表面刻有等間距（柵距W=0.02mm）的明暗條紋，固定于機(jī)床導(dǎo)軌,。
指示光柵（副光柵）：安裝于讀數(shù)頭內(nèi),，與標(biāo)尺光柵保持微小夾角θ（通常≤0.1°）,，形成莫爾條紋的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),。
莫爾條紋形成
當(dāng)兩光柵發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，刻線交叉區(qū)域因光強(qiáng)疊加產(chǎn)生明暗相間的條紋,，其寬度BH=W/θ（例如θ=0.1°時(shí),，BH=0.02mm/0.0017≈11.76mm）。
特性優(yōu)勢(shì)：
位移放大：條紋寬度是柵距的數(shù)十倍,，顯著提升測(cè)量靈敏度,。
誤差平均：條紋由大量柵線共同形成，可抵消局部刻劃誤差,。
方向辨識(shí)：條紋移動(dòng)方向與光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向垂直,，便于判斷位移方向。
二,、信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理：從光信號(hào)到電信號(hào)
光電轉(zhuǎn)換
紅外LED光源：發(fā)射穩(wěn)定紅外光,，穿透光柵副后形成莫爾條紋光斑。
光電元件陣列：4組光電管按90°相位差排列,，接收條紋光強(qiáng)變化并輸出4路正弦波信號(hào)（A,、B、/A,、/B）,。
信號(hào)處理流程
差分放大：消除共模干擾，提升信噪比,。
濾波整形：將正弦波轉(zhuǎn)換為TTL方波,，確保信號(hào)邊沿陡峭。
四倍頻細(xì)分：通過相位差計(jì)算,，將分辨率提升至柵距的1/4（例如柵距0.02mm時(shí),，分辨率可達(dá)0.005mm）,。
三、位移計(jì)算：從電信號(hào)到數(shù)值輸出
計(jì)數(shù)與辨向
A/B相脈沖：A相超前B相90°時(shí),，位移為正向,；反之則為反向。
Z相參考點(diǎn)：每50mm設(shè)置一個(gè)零位標(biāo)記,，用于消除累計(jì)誤差,。
數(shù)值顯示與輸出
數(shù)顯表接口：支持RS422協(xié)議，實(shí)時(shí)顯示位移量（如X=123.456mm）,。
數(shù)控系統(tǒng)集成：通過PLC或CNC控制器,，實(shí)現(xiàn)刀具補(bǔ)償、位置閉環(huán)控制等功能,。
四,、技術(shù)參數(shù)與性能優(yōu)勢(shì)
核心參數(shù)
量程：50mm至5000mm，覆蓋多數(shù)機(jī)床行程需求,。
精度：±0.001mm（50-200mm量程）,，±0.004mm（500-1000mm量程）。
分辨率：0.001mm/0.002mm/0.005mm/0.01mm可調(diào),。
響應(yīng)速度：最高90米/分鐘，適應(yīng)高速加工場(chǎng)景,。
環(huán)境適應(yīng)性
防護(hù)等級(jí)：IP67,，防塵防水設(shè)計(jì)。
工作溫度：-10℃至60℃,，適應(yīng)車間環(huán)境,。
抗沖擊/振動(dòng)：100g沖擊、30g振動(dòng)下仍可穩(wěn)定工作,。
五,、應(yīng)用場(chǎng)景與價(jià)值
數(shù)控機(jī)床
用于銑床、磨床的進(jìn)給軸閉環(huán)控制,，提升加工精度（如模具加工差≤0.005mm）,。
實(shí)時(shí)補(bǔ)償熱變形誤差，延長機(jī)床精度保持周期,。
自動(dòng)化生產(chǎn)線
監(jiān)控機(jī)械臂抓取位置,，確保裝配精度（如汽車零部件公差±0.01mm）。
集成于物流分揀系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)貨物精準(zhǔn)定位,。
科研實(shí)驗(yàn)
材料力學(xué)測(cè)試中測(cè)量微小形變（如拉伸試驗(yàn)位移分辨率0.1μm）。
光學(xué)儀器校準(zhǔn),，提供基準(zhǔn)位移數(shù)據(jù),。
