精密制造基础-光学测量技术

1、DGUT光学测量技术光学测量技术卢盛林卢盛林 东莞理工学院东莞理工学院精密制造基础精密制造基础内容介绍内容介绍光栅尺1旋转编码器2基于三角测量法的位移传感器3激光光幕尺寸测量传感器4非接触1实现高传动比，无间隙，无摩擦2大行程和高精度3构成：构成：主光栅主光栅 - - 标尺光栅，定光栅；标尺光栅，定光栅；指示光栅指示光栅 - - 动光栅动光栅光电转换电路等光电转换电路等刻线密度刻线密度 - - 测量精度测量精度 ( 10( 10、2525、5050、100100、125125线线/mm )/mm )直线光栅直线光栅 - 直线位移；直线位移；圆光栅圆光栅 - 角位移角位移平面光栅平面光栅 - X

2、Y位移位移a. 封闭式封闭式b. 开放式开放式透射光栅透射光栅010,00,11,01,1反射光栅反射光栅由于挡光效应和光的衍射，在与线纹几乎垂直方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为“莫尔条纹” 。(1) 莫尔条纹（莫尔条纹（Moire） 光栅尺基本原理莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 放大作用放大作用 莫尔条纹纹距B 与光栅节距w和倾角之间的关系： 光栅横向移动一个节距w ，莫尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距B，用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可以测量光栅的位移。例：例：当 w = 0.01mm， = 0.01 red， 则 B = 1mm，将栅距放大100倍的莫尔条纹宽度。由于很

3、小，因此 22sin/qw=BqwB光栅尺横向莫尔条纹及其参数光栅尺横向莫尔条纹及其参数 22sin/qw=BB2B 均化误差作用均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，栅距之莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，栅距之间的相邻误差被均化。短光栅的工作长度愈长间的相邻误差被均化。短光栅的工作长度愈长,这一这一均化误差的作用愈显著。均化误差的作用愈显著。 根据莫尔条纹的移动根据莫尔条纹的移动与栅距移动的对应关系与栅距移动的对应关系逆时针方向选择()顺时针方向选择() 左 下 上 右 上 下光栅移动方向莫尔条纹移动方向角的旋 转方向 一种旋转式的检测角位移的传感器。 将角位移用数字(脉

4、冲)形式表示，故 又称脉冲编码器。广泛应用于NC机床的位置检测，也常用它作为速度检测元件。 1、编码器分类、编码器分类 按码盘信号的读取方式可分为：光电式、接触式和电磁式 以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器 按测量坐标系又可分为：增量式和绝对式按每转发出的脉冲数分为：高分辨率 20000-30000p/r 普通分辨率 2000-3000p/rv 增量式光电脉冲编码器增量式光电脉冲编码器v （1 1）组成）组成：由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏元件(光电管)、整形放大电路和数字显示装置等组成。 工作原理工作原理 光电盘按装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件光

5、电盘按装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件把通过光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号把通过光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号(近似于正弦信号近似于正弦信号)转换转换为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计算脉冲为电信号，经整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计算脉冲的数目，即可测出工作轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定的数目，即可测出工作轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。计数脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。（4）提高光电脉冲编码器分辨率的方法）提高光电脉冲编码器分辨率的方法 提高光电盘圆周的等分

6、狭缝的密度，实际上是使光电盘的 狭缝变成了圆光栅线纹。 增加光电盘的发信码道，使盘上不仅只有一圈透光狭缝， 而且有若干大小不等的同心圆环狭缝(称为码道)，光电盘 回转一周发出的脉冲信号数增多，使分辨率提高。 绝对式光电脉冲编码器绝对式光电脉冲编码器 （1）结构）结构 绝对式脉冲编码器结构与增量式相似，就是绝对式脉冲编码器结构与增量式相似，就是在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码，称为在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码，称为绝对码盘。绝对式脉冲编码器是通过读取编码盘上的代码绝对码盘。绝对式脉冲编码器是通过读取编码盘上的代码(图案图案)来表示轴的位置。来表示轴的位置。v 码盘的种

7、类码盘的种类v 按码制不同分二进制码、格雷码（循环码）、十进按码制不同分二进制码、格雷码（循环码）、十进制码、六十进制码等，最常用的是二进制循环码盘。制码、六十进制码等，最常用的是二进制循环码盘。 纯二进制码有一个纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制缺点：相邻两个二进制数可能有多位二进制码数可能有多位二进制码不同，当数码切换时有不同，当数码切换时有多个数位要进行切换，多个数位要进行切换，增大了误读的机率。增大了误读的机率。 而而码则不同，相码则不同，相邻两个二进制数码只有邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此两一个数位不同，因此两数切换时只在一位进行，数切换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。提高了读数的可