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LC-182 3040MM 

LC-182 3040MM

光栅尺  德国*

2. 工作原理
在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并保持0.01至0.1mm的间隙，指示光栅相对标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度θ。当光线平行照射光栅时，由于光的透射和衍射效应，在与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔条纹，如图所示。

1） 由上式可知，莫尔条纹的间距B是光栅栅距W的1/θ，由于θ很小（小于10′），故B＞＞W，即莫尔条纹具有放大作用。例如，当栅距为W=0.01㎜，θ=0.001rad时，莫尔条纹的间距B=10㎜。因此，不需要经过复杂的光学系统，就能把光栅的栅距转换成放大了1000倍的莫尔条纹的宽度，从而大大简化了电子放大线路，这是光栅技术*的特点。

 （2）起均化误差作用   
莫尔条纹由若干线纹组成，若光电元件接受长度为10㎜，当W=0.01㎜时， 10㎜宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成，因此，制造上的间距误差（或缺陷），只会影响千分之几的光电效果。所以，莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一条线纹，而是一组线纹的平均效应。

 3）莫尔条纹的变化规律
长短两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距B，即光栅某一固定点的光强按明→暗→明规律交替变化一次。光电元件只要读出移动的莫尔条纹条纹数，就知道光栅移动了多少栅距，从而也就知道了运动部件的准确位移量。

在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正（余）弦函数变化，反映莫尔条纹的移动的光信号由光电元件接收转换成近似正（余）弦函数的电压信号;

经信号处理装置整形、放大及微分处理后，即可输出与检测位移成比例的脉冲信号。

为了既能计数，又能判别工作台移动的方向，光栅用了4个光电元件。每个光电元件相距四分之一栅距（W/4）。
   当指示光栅相对标尺光栅移动时，莫尔条纹通过各个光电元件的时间不一样，光电元件的电信号虽然波形一样，但相位相差1/4周期。根据各光电元件输出信号的相位关系，就可确定指示光栅移动的方向。

 光栅的特点
1. 有很高的检测精度。现在光栅的精度可达微级，再经细分电路可以达到0.1微。
2. 响应速度较快，可实现动态测量，易于实现检测及数据处理的自动化控制。
3. 对使用环境要求高，怕油污、灰尘及振动。
4. 由于标尺光栅一般较长，故安装、维护困难，成本高。

 光电脉冲编码器
光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两面分别装有光源和光敏元件，当圆盘转动时，光线的明暗变化，经过光敏元件检测变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位差90°的信号，用于辨向；一个零信号(又称一转信号)，用于机床回参考点的控制；另外还有+5 V电源和接地端信号。

 直线光栅尺尺身采用封闭 式结构，由坚固的铝合金壳体构 成，用于保护内部的刻线玻璃或 钢带以及光电转换装置。橡胶密 封条的作用是防止碎屑、液体及 灰粒等从读数头尺身连接处进 入，同时又要使读数头移动中的 摩擦力小，以保证被传送的位 移信息准确可靠。直线光栅尺尺 身两端预留了进气孔，通常的密 封防护满足IP53标准，如果通入 压缩空气可将密封防护标准提高 到IP64。 增量式直线光栅尺 增量式直线光栅尺由于使用环境和技术指标的不同可分成两大类型：一类是用于数控机床的增量式直线光栅尺，另一类是用于普 通机床的增量式直线光栅尺。这两种类型的直线光栅尺有三种不同的回零方式：一是增量回零方式，二是距离编码回零方式，三是可 选择参考点回零方式。

 信号生成原理 增量式直线光栅尺 成像扫描原理是采用透射或反射的光学原理生成信号。读数 头一端上的红外光源发出红外光束通过栅距相同的光栅尺和扫 描光栅，当光栅尺和扫描光栅彼此相对运动时，产生光的正弦 波信号，该信号经读数头另一端的光电二极管接收后转换成为 原始的电流正弦波信号，经后置电路处理转换成控制系统常用 的标准信号。