【文章內容簡介】 射光柵的組成及工作原理．直線透射光柵的組成及工作原理 莫爾條紋具有如下特點：莫爾條紋具有如下特點：1）放大作用：）放大作用： 當交角當交角 θ很小時，柵距很小時，柵距 WW 和莫爾條紋節(jié)距和莫爾條紋節(jié)距 B（單位（單位：： mm）有下列關系：）有下列關系： B = W /θ 莫爾條紋的節(jié)距為光柵柵距的莫爾條紋的節(jié)距為光柵柵距的 l/θ倍。例如倍。例如 W = , θ= ， 得得 B =10mm，放大，放大 1000。 因此，不需要經(jīng)過復雜的光學系統(tǒng)，便將光柵的柵距放大因此，不需要經(jīng)過復雜的光學系統(tǒng)，便將光柵的柵距放大了了 1000倍，從而大大減化了電子放大線路，這是光柵技術獨有倍，從而大大減化了電子放大線路，這是光柵技術獨有的特點。的特點。 第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制252．直線透射光柵的組成及工作原理．直線透射光柵的組成及工作原理 莫爾條紋具有如下特點：莫爾條紋具有如下特點：2）平均效應）平均效應 ：： 莫爾條紋是由若干線紋組成，例如每毫米莫爾條紋是由若干線紋組成，例如每毫米 100線的線的光柵，光柵， 10mm長的莫爾條紋，等亮帶由長的莫爾條紋，等亮帶由 2023根刻線交叉形成。根刻線交叉形成。因而對個別柵線的間距誤差（或缺陷）就平均化了，這在很大因而對個別柵線的間距誤差（或缺陷）就平均化了，這在很大程度上消除了短周期誤差的影響。因此莫爾條紋的節(jié)距誤差就程度上消除了短周期誤差的影響。因此莫爾條紋的節(jié)距誤差就取決于光柵刻線的平均誤差。取決于光柵刻線的平均誤差。 第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制262．直線透射光柵的組成及工作原理．直線透射光柵的組成及工作原理 莫爾條紋具有如下特點：莫爾條紋具有如下特點：3）莫爾條紋的移動規(guī)律：）莫爾條紋的移動規(guī)律： 莫爾條紋的移動與柵距之間的移動成莫爾條紋的移動與柵距之間的移動成比例，當光柵向左或向右移動一個柵距比例，當光柵向左或向右移動一個柵距 WW ，莫爾條紋也相應地，莫爾條紋也相應地向上或向下準確地移動一個節(jié)距向上或向下準確地移動一個節(jié)距 B。只要通過光電元件測出莫。只要通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動了多少個柵距，工作臺移動爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動了多少個柵距，工作臺移動的距離可以計算出來。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的的距離可以計算出來。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似變化規(guī)律近似 正（余）弦函數(shù)正（余）弦函數(shù) ，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。的柵距數(shù)同步。 第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制273．直線光柵檢測裝置的辯向．直線光柵檢測裝置的辯向 當光柵移動一個柵距，莫爾條紋便移動當光柵移動一個柵距，莫爾條紋便移動一個條紋寬度，假定我們開辟一個小窗口一個條紋寬度，假定我們開辟一個小窗口來觀察莫爾條紋的變化情況，就會發(fā)現(xiàn)它來觀察莫爾條紋的變化情況，就會發(fā)現(xiàn)它在移動一個柵距期間明暗變化了一個周期在移動一個柵距期間明暗變化了一個周期，理論上光柵亮度變化是一個三角波形，理論上光柵亮度變化是一個三角波形，但由于漏光和不能達到最大亮度，被削頂?shù)捎诼┕夂筒荒苓_到最大亮度，被削頂削底后而近似一個正弦波。硅光電池將近削底后而近似一個正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強信號變?yōu)橥l率的電壓信似正弦波的光強信號變?yōu)橥l率的電壓信號，經(jīng)光柵位移號，經(jīng)光柵位移 —— 數(shù)字變換電路放大、整數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產生一個脈沖，就形、微分輸出脈沖。每產生一個脈沖，就代表移動了一個柵距那么大的位移，通過代表移動了一個柵距那么大的位移，通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離。對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離。 光柵的實際亮度變化光柵的輸出波形圖第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制283．直線光柵檢測裝置的辯向．直線光柵檢測裝置的辯向 采用一個光電元件即只開一個窗口觀察，只能計數(shù)，卻無采用一個光電元件即只開一個窗口觀察，只能計數(shù)，卻無法判斷移動方向。因為無論莫爾條紋上移或下移，從一固定位法判斷移動方向。因為無論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運動方向，至少要放置兩置看其明暗變化是相同的。為了確定運動方向，至少要放置兩個光電元件，兩者相距個光電元件，兩者相距 1/4莫爾條紋寬度。當光柵移動時，莫莫爾條紋寬度。當光柵移動時，莫爾條紋通過兩個光電元件的時間不同，所以兩個光電元件所獲爾條紋通過兩個光電元件的時間不同，所以兩個光電元件所獲得的電信號雖然波形相同，但相位相差得的電信號雖然波形相同，但相位相差 900。根據(jù)兩光電元件。根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，可以確定標尺光柵移動方向。輸出信號的超前和滯后，可以確定標尺光柵移動方向。第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制294．直線光柵檢測裝置的細分．直線光柵檢測裝置的細分 增加線紋密度，能提高光柵檢測裝置的精度，但制造較困增加線紋密度，能提高光柵檢測裝置的精度，但制造較困難，成本高。在實際應用中，既要提高測量精度，同時又能達難，成本高。在實際應用中，既要提高測量精度，同時又能達到自動辨向的目的，通常采用倍頻或細分的方法來提高光柵的到自動辨向的目的，通常采用倍頻或細分的方法來提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內，放置四個光電元件，每分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內，放置四個光電元件，每隔隔 1/4光柵柵距產生一個脈沖，一個脈沖代表移動了光柵柵距產生一個脈沖，一個脈沖代表移動了 1/4柵距那柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。 第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制304．直線光柵檢測裝置的細分．直線光柵檢測裝置的細分 四倍頻方案四倍頻方案第 5章 數(shù)控機床的驅動與位置控制31 圖中的圖中的 P P P P4是四塊硅光電池，產生的信號相位彼是四塊硅光電池，產生的信號相位彼此相差此相差 90o。 P P3信號是相位差信號是相位差 180o的兩個信號，接差動放大的兩個信號，接差動放大器放大，得正弦信號。同理，器放大，得正弦信號。同理， P P4信號送另一個差動放大器信號送另一個差動放大器，得到余弦信號。正弦和余弦信號經(jīng)整形變成方波，得到余弦信號。正弦和余弦信號經(jīng)整形變成方波 A和和 B，為使，為使每隔每隔 1/4節(jié)距都有脈沖，把節(jié)距都有脈沖，把 A、 B各自反向一次得各自反向一次得 C、 D信號，信號， A、B、 C、 D信號再經(jīng)微分變成窄脈沖信號再經(jīng)微分變成窄脈沖 A′、 B′、 C′、 D′，即在正走，即在正走或反走時每個方波的上升沿產生窄脈沖，由與門電路把或反走時每個方波的上升沿產生窄脈沖，由與門電路把 0o、 90o、 180o、 270o四個位置上產生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移四個位置上產生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動方向形成正向或反向脈沖。正向運動時，用與門動方向形成正向或反向脈沖。正向運動時，用與門 Y1~Y4及或及或門門 H1，得到，得到 A′B+AD′+C′D+B′C的四個輸出脈沖；反向運動時，的四個輸出脈沖；反向運動時，用與門用與門 Y5~Y8及或門及或門 H2，得到，得到 BC′+ CD′+A′D+ AB′的四個輸出的四個輸出脈沖，其波形見圖。脈沖，其波形見圖。32 4．直線光柵檢測裝置的細分．直線光柵檢測裝置的細分