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德國(guó)海德漢HEIDENHAIN光柵尺傳感器介紹與工作原理
什么是光柵,？
光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù),，能在特質(zhì)的膠片上顯示不同的特殊效果,。在平面上展示栩栩如生的立體世界,。電影般的流暢動(dòng)畫片段,，匪夷所思的幻變效果,。
光柵是一張有條狀透鏡注冊(cè)的薄片,，當(dāng)我們從鏡頭的一邊看過去，將看到在薄片另一面上的一條很細(xì)的線條上的圖像,，而這條線的位置則由觀察角度來決定,。如果我們?nèi)绻覀儗⑦@數(shù)幅在不同線條上的圖像，對(duì)應(yīng)于每個(gè)透鏡觀察,，將看到不同的圖像,。
光柵尺：其實(shí)起到的作用是對(duì)刀具和工件的坐標(biāo)一起檢測(cè)的作用，在數(shù)控機(jī)床中常用來觀察其師傅走刀有誤差,，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)的誤差的補(bǔ)償作用,，其實(shí)就像人的眼睛看到我切割沒偏的作用，然后可以給手起到一個(gè)是否要調(diào)整我是否要改變用力的標(biāo)準(zhǔn),。
工作原理
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(gè)小角度θ，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí),，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” (右圖所示),。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,。
莫爾條紋
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(duì)移過一個(gè)柵距,，莫爾條紋移過一個(gè)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(duì)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(cè)與數(shù)據(jù)處理
電子細(xì)分與判向法
光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱量進(jìn)行測(cè)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(duì)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(huì)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(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)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(duì)/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(cè)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(cè)其大小,，又要檢測(cè)其方向,，因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。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(hào)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(hào)其相位差為π/2,，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖，需對(duì)這兩路信號(hào)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(duì)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(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度
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