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什么是光栅尺?

发表时间:2017-11-30 16:55

  光栅尺是光栅尺位移传感器的简称,是将动态的位移测量以编码方式输出的长度测量仪器。光栅尺在现代工业的贡献也是非常巨大的,不仅仅将现在加工精度进一步完善,更重要的是提高了现在加工时的工作效率。在现在中国加工业、制造业越来越成熟,对加工的精度越来越高的时候,在各种机床上,例如:铣床、磨床、车床、线切割、电火花等机床上都可以安装光栅尺,其工作环境要求相对来说不是很苛刻,对操作者的使用来说也十分简单。光栅尺只是一个反应装置,它可以将位移量和位移方向通过信号输出的方式反馈出来,但它不能直接显示出来,它还需要一个显示装置,我们简称它为数显显示箱,也称数显表。只有当光栅尺和数显表连接在一起的时候,才能正常的将数值反应给每一位操作者,因而,我们对于光栅尺的使用上面,还是要多了解,如果不是很专业的人员,需要知道一些专业性的知识,才能单独使用光栅尺作为反馈装置使用。


光栅尺的工作原理:

常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时,必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下,交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠,因而遮光面积最小,挡光效应最弱,光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反,距交叉点较远的区域,因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少,不透明区域面积逐渐变大,即遮光面积逐渐变大,使得挡光效应变强,只有较少的光线能通过这个区域透过光栅,使这个区域出现暗带,这些暗带就是莫尔条纹。

以透射光栅为例,当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ,并且两个光栅尺刻面相对平行放置时,在光源的照射下,位于几乎垂直的栅纹上,形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”。严格地说,莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度,以W表示:W=ω /2* sin(θ/2)=ω /θ
莫尔条纹具有以下特征:
(1)莫尔条纹的变化规律
两片光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。
(2)放大作用
在两光栅栅线夹角较小的情况下,莫尔条纹宽度ω和光栅栅距W、栅线角θ之间有下列关系。式中,θ的单位为rad,W的单位为mm。由于倾角很小,sinθ很小,则
W=ω /θ
若ω =0.01mm,θ=0.01rad,则上式可得W=1,即光栅放大了100倍。
(3)均化误差作用
莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成,例如每毫米100线的光栅,10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹,这样栅距之间的相邻误差就被平均化了,消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
检测与数据处理
光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵,且制造困难。为了提高系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,目前(2006年)光栅尺位移后进行。
2、尽可能外加保护罩,并及时清理溅落在尺上的切屑和油液,严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。
3、定期检查各安装联接螺钉是否松动。
4、为延长防尘密封条的寿命,可在密封条上均匀涂上一薄层硅油,注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
5、为保证光栅尺位移传感器使用的可靠性,可每隔一定时间用乙醇混合液(各50[%])清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面,保持玻璃光栅尺面清洁。
6、光栅尺位移传感器严禁剧烈震动及摔打,以免破坏光栅尺,如光栅尺断裂,光栅尺传感器即失效了。
7、不要自行拆开光栅尺位移传感器,更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距,否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度;另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦,损坏铬层也就损坏了栅线,以而造成光栅尺报废。
8、应注意防止油污及水污染光栅尺面,以免破坏光栅尺线条纹分布,引起测量误差。
9、光栅尺位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作,以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面,破坏光栅尺质量。


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