光柵尺是密的光柵測(cè)量系統(tǒng),適用于大量程的密測(cè)量. 尤其適用于測(cè)量, 醫(yī)療設(shè)備,密現(xiàn)代化加工設(shè)備. 數(shù)控加工，機(jī)床,，磨床,，銑床，自動(dòng)卸貨機(jī),，金屬板壓制和焊接機(jī),，機(jī)器人和自動(dòng)化科技，生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量機(jī)器,，線性產(chǎn)品, 直線馬達(dá), 直線導(dǎo)軌定位等。
光柵尺將直線的位移變化轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào). 脈沖信號(hào)的數(shù)量對(duì)應(yīng)移動(dòng)的距離，脈沖頻率則反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)速度,。LE 本體部分由5只密軸承,，玻璃光柵，LED光照系統(tǒng),，鋁合金外殼組成,。
LE輸出信號(hào)為矩形方波。A,，B相 相差90°的兩路波形,，能夠指示出移動(dòng)距離以及方向。零位信號(hào)間距50mm ,?？蛇x購(gòu)RS422長(zhǎng)線輸出。
產(chǎn)品點(diǎn)
具有單層及雙層防護(hù)密封條：采用殊的耐油,、耐蝕,、高彈性及抗老化塑膠，防水,、防塵性能優(yōu)異,，使用壽長(zhǎng)。防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP53,。
具有可靠的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)：滑動(dòng)部件采用已被驗(yàn)證為可靠耐用的高度五軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì),，光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的重復(fù)定位性和高等級(jí)的測(cè)量度,。
光柵玻璃尺：采用的光柵制作技術(shù),，可制作各種規(guī)格的高度光柵玻璃尺，長(zhǎng)可做到3000mm（不接長(zhǎng)）,。
產(chǎn)品用途
拉桿連接,，安裝為方便，讀數(shù)頭用密軸承沿標(biāo)尺定向,，自由移動(dòng)時(shí)通過(guò)拉桿連接,，能計(jì)量?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端推拉讀數(shù)頭計(jì)量,，適用于讀數(shù)頭無(wú)法直接固定的場(chǎng)合。
TTL,、EIA-422信號(hào)集電開(kāi)路輸出,，方便與可編程控制器接口。
（注：不配套拉桿,，只配套傳感器和連接塊）
光柵傳感器：分為敞開(kāi)式和封閉式兩類(lèi),。其中敞開(kāi)式為高度型,，產(chǎn)品型號(hào)為JCT，輸出波形為正弦波,，主要用于密儀器的數(shù)字化改造,，高分辨率可達(dá)0.1um。封閉式則主要用于普通機(jī)床,、儀器的數(shù)字化改造,，輸出波形為方波，按外形分類(lèi)可分為小型尺,、標(biāo)準(zhǔn)尺,、大型尺三類(lèi)，型號(hào)分別為JCXF型,、JCXE型,、JCXG型，其中大型尺（JCXG型）長(zhǎng)可做到3000mm,，分辨率有0.5μ,、1μ、2μ,、5μ,、10μ。此外根據(jù)用戶需求,，可提供各種安裝附件以方便系統(tǒng)安裝,。
、光柵尺應(yīng)用
線位移光柵傳感器數(shù)顯系統(tǒng)主要應(yīng)用于直線移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)或密位移量的測(cè)量,，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)量的高顯示和自動(dòng)控制,，
已廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工和儀器的密測(cè)量。目前該產(chǎn)品已形成多種系列,，品種齊,，制作巧，技術(shù)良,，可供不同規(guī)格的
各類(lèi)機(jī)床,、儀器數(shù)字化改造選用，還可根據(jù)用戶的殊需要進(jìn)行殊制作,。配套相應(yīng)的數(shù)顯系統(tǒng)可以用于車(chē)床改造,、銑床改造、
鏜床改造,、磨床改造,、火花機(jī)改造、鉆床改造,、坐標(biāo)測(cè) 量,、投影測(cè)量等,。
二、光柵尺分類(lèi)
1,、按外型分大型尺：QH-200 QH-400 QH-600 QH-800
2,、按分辨率分有：0.2u----25u
3、按供電電壓分有：5V----24V
4,、按輸出信號(hào)分有TTL方波、TTL方波,、HTL方波（5V,、12V、15V,、24V）,、RS422信號(hào)、正弦電壓信號(hào)1Vp-p
三,、詳細(xì)說(shuō)明
柵距：0.01mm（100線對(duì)/mm）,、0.02mm（50線對(duì)/mm）、0.04mm（25線對(duì)/mm）
度：±0.008mm,、±0.01mm,、±0.015mm、（20℃ 1000mm）
參考標(biāo)記：間隔25mm,、間隔50mm,、間隔100mm、間隔200mm,、或量程意位置設(shè)個(gè)位置參考點(diǎn)（ABS）
量程：1000mm以內(nèi)意選擇
分辨率：0.2u---25u 響應(yīng)速度：25m/min,、60m/min
工作溫度：0-45℃ 存儲(chǔ)溫度：-40℃-55℃
光柵：光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在制的膠片上顯現(xiàn)不同的殊果,。在平面上展示栩栩如生的立體,，電影般的流暢動(dòng)畫(huà)片段，匪夷所思的幻變果,。
光柵是張由條狀透鏡組成的薄片,，當(dāng)我們從鏡頭的邊看過(guò)去，將看到在薄片另面上的條很細(xì)的線條上的圖像,，而這條線的位置則由觀察角度來(lái)決定,。如果我們將這數(shù)幅在不同線條上的圖像，對(duì)應(yīng)于每個(gè)透鏡的寬度,，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上,，當(dāng)我們從不同角度通過(guò)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)起個(gè)的作用,在數(shù)控機(jī)床中常用來(lái)觀察其是否走刀有誤差,以起到個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)的誤差的補(bǔ)償作用.其實(shí)象人眼睛看到我切割偏沒(méi)偏的作用.然后可以給手起到個(gè)是否要調(diào)整我是否要改變用力的標(biāo)準(zhǔn).
相當(dāng)于眼睛.
,、引言
目前在密機(jī)加工和數(shù)控機(jī)庫(kù)中采用的密位稱數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
隨著電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光柵傳感器在位移測(cè)量系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用,，并逐步向智能化方向轉(zhuǎn)化,。
圖2是利用光柵傳感器構(gòu)成的位移量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理示意圖。該系統(tǒng)采用光柵移動(dòng)產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路以及單片機(jī)相結(jié)合來(lái)完成對(duì)位移量的自動(dòng)測(cè)量,，它具有判別光柵移動(dòng)方向,、預(yù)置初值、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位控制及過(guò)限報(bào)警,、自檢和掉電保護(hù)以及溫度誤差修正等功能,。下面對(duì)該系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)思想作以介紹。
二,、電子細(xì)分與判向電路
光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱量進(jìn)行測(cè)量,。目前高分辨率的光柵尺般造較貴，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，本系統(tǒng)采用了電子細(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，同量莫爾條紋又具有光學(xué)放大作用,，其放大倍數(shù)為 ：
?。?）
式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距（節(jié)距）,；θ為兩塊光柵的夾角,，rad
在個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照定間隔放置4個(gè)光電器件能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與羊向功能,。本系統(tǒng)采用的光柵尺柵線為50線對(duì)/mm,，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,，這在般工業(yè)測(cè)控中已達(dá)到了很高度,。由于位移是個(gè)矢量，即要其大小,，又要其方向,，因此少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。為了共模干擾,、直流分量和偶次諧波,，我們采用了由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器,。由4個(gè)滏電器件獲得的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，先把它們整形為占空比為1：1的方波,，經(jīng)由兩個(gè)與或非門(mén)74LS54芯片組成的四細(xì)分判向電路輸入可逆計(jì)數(shù)器,，后送入由8031組成的單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理。
三,、單片機(jī)與接口電路
為實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)和提高測(cè)量速度,，系統(tǒng)采用了193可逆計(jì)數(shù)器。假設(shè)工作平臺(tái)運(yùn)行速度為v,，光柵傳感器柵距為d，細(xì)分?jǐn)?shù)為N,，則計(jì)數(shù)脈沖的頻率為：
?。?）
若v=1m/s,d=20μm,N=20，則f=1MHz,，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)時(shí)間間隔為1,，顯然對(duì)于8031單片機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)為2μs是不能勝的。經(jīng)可逆計(jì)數(shù)器分頻后,，可大大地提高測(cè)量速度,。
由于193是4位二進(jìn)制輸出，為與單片機(jī)接口,，把兩片193采用了級(jí)聯(lián)的方式,，這樣多可計(jì)255個(gè)脈沖，若再來(lái)脈沖,，進(jìn)位端或借位端將輸出個(gè)脈沖送到單片機(jī)T0,、T1端計(jì)數(shù)，送到8031的信號(hào)不丟失,。
本系統(tǒng)長(zhǎng)度大可測(cè)幾米（由光柵實(shí)際長(zhǎng)度決定）,，小分辨率為μm級(jí)，需要7個(gè)顯示數(shù)據(jù),。正向運(yùn)行時(shí)不顯示符號(hào),，反向運(yùn)行時(shí)需顯示"-"號(hào)，所以連同符號(hào)位,，共需8個(gè)顯示塊,。為了符人們應(yīng)用習(xí)慣，顯示塊選用共陰LED,。
為實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的智能化,，設(shè)置了個(gè)2×8方式鍵盤(pán)矩陣,，其中包括0～9共10個(gè)數(shù)字鍵和6個(gè)功能鍵：L/A長(zhǎng)度/角度轉(zhuǎn)稱功能鍵；+/-符號(hào)轉(zhuǎn)換功能鍵,；ΔT溫度誤差修正功能鍵,；EXE執(zhí)行鍵；ENT預(yù)置鍵CE（清零鍵）,。鍵盤(pán),、顯示器與單片機(jī)之間通過(guò)個(gè)接口芯片8155來(lái)連接。其中,，8155的PA口設(shè)置轔基本輸出方式,，作為8位LED顯示的段碼線；PB口設(shè)為輸出方式,，作為8位LED的位選線,；PC口設(shè)為輸入方式，作為鍵盤(pán)的行掃描線,。PB口俠選線每次選通1位顯示,，每次顯示1ms，由于人眼視覺(jué)惰性,，可產(chǎn)生8位顯示塊同時(shí)顯示現(xiàn)象,。
由于從前置電路74LS54出來(lái)的脈沖經(jīng)過(guò)2片193分頻后，直接進(jìn)入8031的為大于255的"大"數(shù),，而小于255的"小"數(shù)是由兩片193輸出通過(guò)I/O接口輸入到8031內(nèi)部處理,，這個(gè)I/O接口芯片是通過(guò)擴(kuò)展片8255實(shí)現(xiàn)的。其中,，8255PB口設(shè)為基本輸入方式,，PB0-PB3作為1#193輸入，PB4～PB7作為2#193輸入,。PA口,、PC口的低位設(shè)為輸出，作為系統(tǒng)并行BCD碼輸出,。由于8031單片機(jī)無(wú)內(nèi)ROM,，應(yīng)外擴(kuò)展片2732（4k EPROM）。只用PSEN片選,，不增加地址譯碼,。為鎖存8031P0口輸入的地址信號(hào)，在8031和2732之間需加片74LS373地址鎖存器,。
四,、軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)硬件電路和系統(tǒng)功能要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了軟件程序，由于采用了溫度誤差修正子程序,，可使的度得到大大提高,。光柵傳感器是光機(jī)電體化結(jié)構(gòu)，光柵尺是由玻璃制做,，外殼是由型鋁材料,。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，然會(huì)引起結(jié)構(gòu)尺寸改變導(dǎo)致光柵柵距的變化,，帶來(lái)誤差,。設(shè)定環(huán)境溫度為20℃時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)值，與標(biāo)準(zhǔn)值比較測(cè)出溫度變化時(shí)帶來(lái)的位移誤差值,，即時(shí)測(cè)出位移誤差溫度殊性性曲線,，由性曲線擬合出誤差溫度方程式，作為軟件溫度誤差修正的基礎(chǔ),。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu),，軟件編制簡(jiǎn)潔，緊湊合理,。
五,、結(jié)論
根據(jù)上述硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,，系統(tǒng)的測(cè)度可優(yōu)于±5μm，目前,，我們研制的利用光柵傳感器進(jìn)行長(zhǎng)度,、角度自動(dòng)測(cè)量的智能儀表已形成系列產(chǎn)品，分辨率可從20μm到1μm,，具有性能穩(wěn)定,、抗干擾能力、體積小,、結(jié)構(gòu)緊湊,、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于機(jī)庫(kù)改造和相關(guān)的光電尺寸與位置系統(tǒng)中,。
光柵尺位移傳感器的介紹
,、位移傳感器基本原理
光柵位移傳感器的工作原理，是由對(duì)光柵副中的主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進(jìn)行相對(duì)位移時(shí),，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形,，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過(guò)光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號(hào),，再經(jīng)過(guò)放大器放大,，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示,。
二,、位移傳感器安裝方式
光柵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,。
般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）上,，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，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須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時(shí),，則須增加輔助密封裝置。另外,，般情況下,，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對(duì)機(jī)床靜止部件上，此時(shí)輸出導(dǎo)線不移動(dòng)易固定,，而尺身則應(yīng)安裝在相對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的部件上（如滑板）,。
1、位移傳感器安裝基面
安裝光柵線位移傳感器時(shí),，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機(jī)床身上,，*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(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)部件上,。用千分表檢查機(jī)床工作臺(tái)的主尺安裝面與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的方向平行度,。千分表固定在床身上，移動(dòng)工作臺(tái),，要求達(dá)到平行度為0.1mm/1000mm以內(nèi),。如果不能達(dá)到這個(gè)要求，則需設(shè)計(jì)加工件光柵尺基座,?；笞龅剑孩賾?yīng)加根與光柵尺尺身長(zhǎng)度相等的基座（基座長(zhǎng)出光柵尺50mm左右）。②該基座通過(guò)銑,、磨工序加工,，其平面平行度0.1mm/1000mm以內(nèi)。另外,，還需加工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(shí),，調(diào)整讀數(shù)頭位置,，達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,，讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
2,、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(tái)安裝面上,，但不要上緊，把千分表固定在床身上,，移動(dòng)工作臺(tái)（主尺與工作臺(tái)同時(shí)移動(dòng)）,。用千分表測(cè)量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)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(shí),，把M2螺釘上緊。在安裝光柵主尺時(shí),，應(yīng)注意如下三點(diǎn)：
?。?） 在裝主尺時(shí)，如安裝超過(guò)1.5M以上的光柵時(shí),，不能象橋梁式只安裝兩端頭,，尚需在整個(gè)主尺尺身中有支撐。
?。?） 在有基座情況下安裝后,，用個(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）。
?。?） 不能安裝卡子時(shí),，用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定,。
3,、位移傳感器讀數(shù)頭的安裝
在安裝讀數(shù)頭時(shí)，先應(yīng)讀數(shù)頭的基面達(dá)到安裝要求,，然后再安裝讀數(shù)頭，其安裝方法與主尺相似,。后調(diào)整讀數(shù)頭,，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi),。
4,、位移傳感器限位裝置
光柵線位移傳感器部安裝完以后，定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置,，以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動(dòng)時(shí)讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端,，從而損壞光柵尺。另外,，用戶在選購(gòu)光柵線位移傳感器時(shí),，應(yīng)盡量選用超出機(jī)床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量。
5,、位移傳感器檢查
光柵線位移傳感器安裝完畢后,，可接通數(shù)顯表，移動(dòng)工作臺(tái),，觀察數(shù)顯表計(jì)數(shù)是否正常,。
在機(jī)床上選取個(gè)參考位置，來(lái)回移動(dòng)工作點(diǎn)該選取的位置,。數(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）,。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時(shí)調(diào)零（或記憶起始數(shù)據(jù)）,，往返多次后回到初始位置,，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否*。
通過(guò)以上工作,，光柵傳感器的安裝完成了,。但對(duì)于般的機(jī)床加工環(huán)境來(lái)講，鐵屑,、切削液及油污較多,。因此，光柵傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩,，護(hù)罩的設(shè)計(jì)是按照光柵傳感器的外形截面放大留定的空間尺寸確定,，護(hù)罩通常采用橡皮密封，使其具備定的防水防油能力,。
三,、位移傳感器使用注意事項(xiàng)
（1）光柵傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行,。
?。?）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液,，嚴(yán)格防止何異物進(jìn)入光柵傳感器殼體內(nèi)部,。
（3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動(dòng),。
?。?）為延長(zhǎng)防塵密封條的壽，可在密封條上均勻涂上薄層硅油,，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上,。
（5） 為光柵傳感器使用的可靠性,，可每隔定時(shí)間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,，保持玻璃光柵尺面清潔,。
（6） 光柵傳感器嚴(yán)禁劇烈震動(dòng)及摔打,，以免破壞光柵尺,，如光柵尺斷裂，光柵傳感器即失了,。
?。?） 不要自行拆開(kāi)光柵傳感器，*不能意改動(dòng)主柵尺與副柵尺的相對(duì)間距,，否則方面可能破壞光柵傳感器的度,；另方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對(duì)摩擦，損壞鉻層也損壞了柵線,，以而造成光柵尺報(bào)廢,。
（8） 應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,，以免破壞光柵尺線條紋分布,，引起測(cè)量誤差。
?。?） 光柵傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作,，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量,。
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