数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 二、讲稿 第五章 数控检测装置 第四节 光栖 、光橱的结构和工作原理 光栅是一种最常见的测量装置，具有桔度高、响应速度快等优点，是非接触式直接测量。光相 利用光学原理进行工作，按形状分为圆光栅和长光栅。圆光栅用于角位移的检测，长光栅用于直线 位移的检测。光栅的检测精度较高，可达1um以上。 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，主要由光栅尺（包括标尺光栅和指示光 栅)和光栅读数头两部分组成，如图5.6所示。通常，标尺光栅固定在机床的运动部件〈如工作台 上，两者随若工作台的移动而相及 代 当安装光 、要严格保证标尺光和指示光的平行度设两者艺的调堡 或 1光源2透镜：3标尺无：4示光：5光锁元件：个动电路 理真空镀膜的方法光刻均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜心线 这些线相方平 称此 为光栅 2 的基本 若直径轻为7 直径为110mm,则一周内刻线达600-1024条，甚至更高。同- 个光元件，其标尺光播和指示光 栅的线纹密度必须相同。 光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成，如图5.6所示。读数头的光 源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线经过透镜后变成平行光束，照射在光栅上。光敏元 件是一种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成 与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传送时很容易被名 功率和电压放大的线路。 77 图5.7光概的工作原理 【线垂如果将指示光橘在其自身的平面内转甜 个很小的角度B,使两块光橱的刻线相交，当平行光 几何关系如图57所 '当小时英尔条纹的节距为 兰州交通大学机电工程学院 数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿 第五章 数控检测装置 第四节 光栅 一、光栅的结构和工作原理 光栅是一种最常见的测量装置，具有精度高、响应速度快等优点，是非接触式直接测量。光栅 利用光学原理进行工作，按形状分为圆光栅和长光栅。圆光栅用于角位移的检测，长光栅用于直线 位移的检测。光栅的检测精度较高，可达 1um 以上。 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，主要由光栅尺（包括标尺光栅和指示光 栅）和光栅读数头两部分组成，如图 5.6 所示。通常，标尺光栅固定在机床的运动部件（如工作台 或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者随着工作台的移动而相对 移动。在光栅读数头中，安装着一个指示光栅，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便 在标尺光栅上移动。当安装光栅时，要严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙 （一般取 0.05mm 或 0.1mm）要求。 1-光源；2-透镜；3-标尺光栅；4-指示光栅；5-光敏元件；6-驱动电路 图 5.6 光栅读数头 光栅尺是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。对于长广栅， 这些线纹相互平行，各线纹之间的距离相等，称此距离为光栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距 角的向心条纹。栅距和栅角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为 25 条/mm、 50 条/mm、100 条/mm、250 条/mm。对于圆光栅，若直径为 70mm，则一周内刻线 100~768 条；若 直径为 110mm，则一周内刻线达 600~1024 条，甚至更高。同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光 栅的线纹密度必须相同。 光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成，如图 5.6 所示。读数头的光 源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线经过透镜后变成平行光束，照射在光栅上。光敏元 件是一种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成 与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传送时很容易被各 种干扰信号所淹没、覆盖，造成传送失真。为了保证光敏元件输出的信号在传送中不失真，应首先 将该电压信号进行功率和电压放大，然后再进行传送。驱动线路就是实现对光敏元件输出信号进行 功率和电压放大的线路。 图 5.7 光栅的工作原理 如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度β，使两块光栅的刻线相交，当平行光 线垂直照射标尺光栅时，则在相交区域出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为莫尔条纹。由于 两块光栅的刻线密度相等，即栅距λ相等，使产生的莫尔条纹的方向与光栅刻线方向大致垂直，其 几何关系如图 5.7b 所示。当β很小时，莫尔条纹的节距为