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淺談光柵傳感器的原理與維護(hù)保養(yǎng)

日期:2025-04-18 08:34
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摘要:光柵線位移傳感器(簡稱光柵尺),是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。光柵線位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中,可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖,具有檢測范圍大,檢測精度高,響應(yīng)速度快的特點。

主要應(yīng)用于:

1、各類測量機構(gòu)、儀器的位移測量:彈簧試驗機、三坐標(biāo)機、投影儀;2、各類機床的數(shù)顯系統(tǒng):車床、銑床、磨床、鏜床、電火花、鉆床等;3、各類數(shù)控機床的配套使用:數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控磨等;

4、光柵尺配接PLC,用于各類自動化機構(gòu)的位移測量。

 

光柵傳感器結(jié)構(gòu):

光柵傳感器是有標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機床活動部件上,光柵讀數(shù)頭裝在機床固定部件上,指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。

 

光柵尺的工作原理:

常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩個光柵尺時,必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下,交叉點近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊,因而遮光面積*小,擋光效應(yīng)*弱,光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反,距交叉點較遠(yuǎn)的區(qū)域,因光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少,不透明區(qū)域面積逐漸變大,即遮光面積逐漸變大,使得擋光效應(yīng)變強,只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵,使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶,從而便形成了我們所見到的莫爾條紋。

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。

 

莫爾條紋特征:

(1)莫爾條紋的變化規(guī)律兩片光柵相對移過一個柵距,莫爾條紋移過一個條紋距離。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。

 


 

光柵尺的安裝實例:

 


 

光柵尺的維護(hù)和保養(yǎng)

1、如果有條件,*好為光柵尺通上干凈的(經(jīng)過過濾、干燥的)壓縮空氣,這樣可以防止光柵尺的周圍的油、液、氣進(jìn)入光柵尺內(nèi)部,污染光柵尺。

2、光柵尺外盡可能外加保護(hù)罩,并及時清理濺落在尺上的切屑和油液,嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵尺殼體內(nèi)部。

3、定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動,尤其是固定讀數(shù)頭的螺絲。很多時候,讀數(shù)頭固定螺絲松動會造成機床直線軸暴走或不能回參考點。

4、為保證光柵尺傳感器使用的可靠性,可每隔一定時間要用無水乙醇清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,保持玻璃光柵尺身的清潔。

5、光柵尺嚴(yán)禁劇烈震動及摔打,以免破壞光柵尺,如光柵尺斷裂。

6、在安裝光柵尺和讀數(shù)頭時,特別要注意讀數(shù)頭與光柵尺的距離,或遠(yuǎn)或近都可能造成讀數(shù)頭的損壞或光柵尺殼體內(nèi)的刻度的破壞,甚至報廢光柵尺。

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