【文章內(nèi)容簡介】 樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。 3. 莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例 當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距 W時(shí)，莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度 B。 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(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反（見 圖 67）。 三、光柵的辨向與信號處理 (應(yīng)用 ) 若標(biāo)尺光柵不動(dòng)，將指示光柵轉(zhuǎn)一很小的角度，兩者移動(dòng) 方向及光柵夾角關(guān)系如表 61所示。因莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移 動(dòng)方向垂直，可用檢測垂直方向?qū)挻蟮哪獱枟l紋代替光柵水平方向 移動(dòng)的微小距離。 表 61莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移動(dòng)方向及光柵夾角的關(guān)系 第三節(jié) 光柵 指 示 光 柵 轉(zhuǎn) 角 方 向 標(biāo) 尺 光 柵 移 動(dòng) 方 向 莫 爾 條 紋 移 動(dòng) 方 向 逆 時(shí) 針 方 向 右 → 下 ↓ 左 ← 上 ↑ 順 時(shí) 針 方 向 右 → 上 ↑ 左 ← 下 ↓ 第三節(jié) 光柵 P 1 P 2 P 3 P 4 指示光柵 標(biāo)尺光柵 硅光電池 聚光鏡 光源 圖 68 光柵測量系統(tǒng) 光柵測量系統(tǒng) 如圖 68所示，由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。 第三節(jié) 光柵 讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線， 經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，照射光柵尺。光電元? （常使用硅光電池）接受透過光柵尺光強(qiáng)信號，并將其 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。由于此信號比較微弱，在長距 離傳遞時(shí)，很容易被各種干擾信號淹沒，造成傳遞失真， 驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號進(jìn)行電壓和功率放大。 除標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床上外，光源、聚光鏡、指示光柵、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部件與工作臺一起移動(dòng)，這個(gè)部件稱為光柵讀數(shù)頭，又叫光電轉(zhuǎn)換器，其作用把光柵莫爾條紋的光信號變成電信號。 第三節(jié) 光柵 光柵位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋 寬度，假定我們開辟一個(gè)小窗口來觀察莫爾條紋的變化 情況，就會發(fā)現(xiàn)它在移動(dòng)一個(gè)柵距期間明暗變化了一個(gè) 周期，理論上光柵亮度變化是一個(gè)三角波形，但由于漏 光和不能達(dá)到最大亮度，被削頂削底后而近似一個(gè)正弦 波（見 圖 69）。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號變 為同頻率的電壓信號（見 圖 610），經(jīng)光柵位移 — 數(shù)字 變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖， 就代表移動(dòng)了一個(gè)柵距那么大的位移，通過對脈沖計(jì)數(shù) 便可得到工作臺的移動(dòng)距離。 第三節(jié) 光柵 亮度 電壓 光柵位移 O 光柵位移 O 圖 69 光柵的實(shí)際亮度變化 圖 610 光柵的輸出波形圖 第三節(jié) 光柵 采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，卻無法判斷移動(dòng)方向。因?yàn)闊o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(yùn)動(dòng)方向，至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距 1/4莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號雖然波形相同，但相位相差 90o。 根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。 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(shí)際應(yīng)用中，既要提高測量精度，同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的，通常采用倍頻或細(xì)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(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔 1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了 1/4柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。 第三節(jié) 光柵 圖 611a中的 P P P P4是四塊硅光電池，產(chǎn)生的 信號相位彼此相差 90o。 P P3信號是相位差 180o的兩個(gè)信號，接 差動(dòng)放大器放大，得正弦信號。同理， P P4信號送另一個(gè)差動(dòng)放 大器，得到余弦信號。正弦和余弦信號經(jīng)整形變成方波 A和 B， 為 使每隔 1/4節(jié)距都有脈沖，把 A、 B各自反向一次得 C、 D信號， A、 B、 C、 D信號再經(jīng)微分變成窄脈沖 A′、 B′、 C′、 D′， 即在正 走或反走時(shí)每個(gè)方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖，由與門電路把 0o、 90o、 180o、 270o四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動(dòng)方 向形成正向或反向脈沖。正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，用與門 Y1~Y4及或門 H1， 得 到 A′ B+AD′ +C′ D+B′ C的四個(gè)輸出脈沖；反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，用與門 Y5~Y8及或門 H2， 得到 BC′ + CD′ +A′ D+ AB′ 的四個(gè)輸出脈沖， 其波形見圖 611b。 第三節(jié) 光柵 Y6 微分 微分 微分 整形 P1 P2 P4 P3 差動(dòng) 放大器 差動(dòng) 放大器 整形 反相 反相 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y8 微分 B A D C a)電路原理圖 圖 611 四倍頻辨向電路 第三節(jié) 光柵 sin cos A B C D A′ B′ C′ D′ 正向 相加 A′B+AD′+C′D+B′C 反向 相加 BC′+CD′+A′D+AB′ 圖 611 四倍頻辨向電路 b) 波形圖 (正向疊加 ) 正 反