第四章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)及位置檢測(cè)裝置第一節(jié)概述第二節(jié)伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置一、光柵1、光柵的種類(lèi)和工作原理光柵是一種光學(xué)元件。用于計(jì)量方面的光柵稱為計(jì)量光柵，簡(jiǎn)稱光柵。定義：等間隔排列的能透過(guò)〔或反射〕光線的細(xì)小狹縫稱之為光柵。相鄰的兩條刻線之間的距離稱為柵距ω,單位長(zhǎng)度的刻線數(shù)目成為刻線密度。種類(lèi)：根據(jù)所用光學(xué)原理不同分為透射光柵、反射光柵；根據(jù)測(cè)量對(duì)象不同分為直線光柵〔測(cè)量直線位移，呈尺狀〕、回轉(zhuǎn)光柵〔測(cè)量角位移，呈盤(pán)狀〕。透射光柵透射光柵是利用透射光的原理，用光學(xué)玻璃或者白玻璃外表的感光材料涂層上，或在金屬鍍膜上做成光柵線紋〔采用各種工藝：刻臘、腐蝕、涂黑等〕。優(yōu)點(diǎn)：光源可以采用垂直入射光，光電元件可以直接接收。因此，信號(hào)的幅度較大，且讀數(shù)頭〔位移-光-電轉(zhuǎn)換器〕的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。每毫米線紋數(shù)多，一般常用的黑-白光柵，刻線密度有10、25、50、100、200、250線/毫米。由于光柵本身的細(xì)分作用，使電子線路的復(fù)雜度減輕。反射光柵反射光柵是采用反射光的原理，在拋光的鋼尺或不銹鋼帶的鏡面上用照像腐蝕的工藝制造的，或者用鉆石刀在鏡面上直接刻劃。特點(diǎn)：標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)很容易做到與普通鋼和鑄鐵一樣，不會(huì)產(chǎn)生較大的溫度誤差。標(biāo)尺光柵的安裝、調(diào)試比較方便，不易碰碎，容易加長(zhǎng)。為了使反射之后的莫爾條文反差較大，每毫米內(nèi)線紋不易太大，目前常用的每毫米線紋數(shù)為4、10、25、40、50〔線/毫米〕。光柵位移檢測(cè)裝置的組成G1：長(zhǎng)光柵〔又稱標(biāo)尺光柵〕，它固定在機(jī)床活動(dòng)部件上，長(zhǎng)度為工作臺(tái)移動(dòng)的全行程。G2：短光柵〔又稱指示光柵〕，它安裝在機(jī)床的固定部件〔讀數(shù)頭，即光電轉(zhuǎn)換器〕上。ω：光柵線紋之間的距離，稱為節(jié)距〔柵距〕。光源、光電元件、透鏡等。2、莫爾條紋式光柵

〔1〕莫爾條紋的產(chǎn)生兩塊透射光柵疊置在一起而產(chǎn)生的圖案，稱之為莫爾條紋；確定光柵坐標(biāo)系；產(chǎn)生莫爾條紋的根本裝置。橫向莫爾條紋產(chǎn)生標(biāo)尺光柵和指示光柵具有相同的柵距ω，將指示光柵繞Y軸轉(zhuǎn)過(guò)微小角度θ，并以平行光垂直照射標(biāo)尺光柵時(shí)，可看見(jiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，這就是橫向莫爾條紋。粗光柵莫爾條紋-擋光積分效應(yīng)細(xì)光柵莫爾條紋-線紋衍射、干預(yù)2、莫爾條紋式光柵〔2〕莫爾條紋的重要特性平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線〔常達(dá)數(shù)百條〕共同形成，對(duì)光柵的刻線誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除短周期誤差的影響，光柵的工作長(zhǎng)度愈大，參加工作的刻線愈多，這一作用就愈顯著。對(duì)應(yīng)關(guān)系〔莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律〕：莫爾條紋的移動(dòng)與光柵柵距ω之間的移動(dòng)形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。放大作用：ｗ=ω/sinθ≈ω/θ(當(dāng)θ足夠小時(shí))ｗ/ω=1/θ莫爾條紋的間距可以通過(guò)改變?chǔ)鹊拇笮?lái)調(diào)整，減少θ可增大ｗ，使ｗ>>ω，起到放大作用。利用光的干預(yù)現(xiàn)象，無(wú)需復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，就能將光柵的柵距放大，從而大大減輕了電子線路的負(fù)擔(dān)。當(dāng)θ→0，ｗ→∝時(shí)，不能同時(shí)看到亮帶和暗帶，移動(dòng)光柵時(shí)，透過(guò)光柵的光只能作明暗交替的變化，這是莫爾條紋的特殊情況，稱為光閘莫爾條紋〔無(wú)限寬莫爾條紋〕，按這種原理制成的光柵檢測(cè)元件，稱為光電脈沖發(fā)生器。2、莫爾條紋式光柵〔3〕光電轉(zhuǎn)換光柵讀數(shù)頭光柵的輸出信號(hào)波形光柵讀數(shù)頭光柵的輸出信號(hào)波形

光柵的輸出信號(hào)波形結(jié)論:輸出電壓的大小反映了光柵瞬時(shí)位移的大小，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。2、莫爾條紋式光柵

〔4〕辨向2、莫爾條紋式光柵〔