1."光栅工作原理简介
1
深圳易创电子科技有限公司 王先生 13823548356
" 2."数控系统位置环结构

位置检测装置

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传动机构
轴的运动
电机
位置给定
数控计算
驱动
" 3."位置检测装置的重要性
检测被控对象（轴）的位置并反馈给控制器
其测量精度直接决定了系统控制精度
一般应至少比机床精度高一个数量级
" 4."常用位置测量技术
" 5."光 栅
光栅由光栅尺和读数头组成
光栅尺上有排列均匀的刻线作为长度基准
读数头上有读数光栅及光学器件
栅距ω：常用的为10—100微米
ω
" 6."光栅的种类-1
按原理分
物理光栅（衍射光栅）刻线间距接近光波波长，用于光谱分析
计量光栅刻线间距一般从4微米—100微米
按形状分
直线光栅
圆光栅
按输出信号种类分
增量式光栅
绝对式光栅
" 7."光栅的种类-续
按材质分
金属光栅
玻璃光栅
陶瓷光栅
按光路分
透射式光栅
反射式光栅
按结构分
封闭式光栅
开放式光栅
LS106封闭式直线光栅
开放式直线光栅
" 8."光电效应
外光电效应
真空光电管，广电倍增管
光电导效应
半导体光敏电阻
光生福特效应
光敏二极管，光敏三极管，光电池
光通量(lm)
500
1000
电流(mA)
10
20
30
40
50
光敏二极管的光照特性
" 9."莫尔条纹
ω1
ω 2
θ
d
莫尔条纹是光栅工作的基础
莫尔条纹的特征：
对光栅节距的放大作用ω1= ω2= ωd= ω/ θ=K ωK=1/ θ –莫尔条纹放大系数  ω=0.04mm 10. K=250 d=10mm
莫尔条纹运动与光栅副运动的对应性
运动方向的对应
运动频率的对应
" 11."莫尔条纹演示
莫尔条纹的运动频率和方向都与光栅副运动对应
" 12."四场扫描
通过四个光电管同时扫描光栅的四个位置
得到四个各自相差90o电角度的正弦信号
二二反并联使幅值增强一倍，得到二组相差90o的正弦信号
由于四个光电管扫描的是四个不同部位，抗划伤能力较差
Sin
Cos
" 13."准单一场扫描
通过四个光电管扫描光栅的同一个位置
得到四个各自相差90o电角度的正弦信号
二二反并联使幅值增强一倍，得到二组相差90o的正弦信号
由于四个光电管扫描的是同一部位，抗污染、划伤能力大大增强
Sin
Cos
" 14."李萨如图形
x=A1sin(ωt)y=A2cos(ωt)A1=A2=Ax2 y2=A2(sin2(ωt) cos2(ωt))=A2
x=A1sin(ωt)y=A2cos(ωt)A1≠A2x2 y2=A12sin2(ωt) A22cos2(ωt)
二相幅值相等时是圆形
二相幅值不等时是椭圆形
x
x
y
y
" 15."信号处理与细分
放大器1
1
3
检波放大器
sin
放大器2
2
4
检波放大器
cos
放大器0
整形电路
参考
细分电路
整形电路
组 合 电路
线驱动器
通道A
通道B
线驱动器
线驱动器
零位
" 16."波 形
原始正弦信号
直接转换成方波
五倍细分并转换成方波
" 17."参考信号
在主光栅尺的下面有一个或几个小光栅，提供参考信号，用于机床的回零
" 18."带距离编码的参考信号
在主光栅尺的下面有一组不等间距分布的小光栅，提供参考信号，用于机床快速回零
10.00
10.06
10.02
10.04
20
20
20
20
" 19."绝对式光栅
由几个光栅轨按照一定编码规则组合而成
读头移动到行程长度内任意位置均有一个特定的读数
开机即有位置，不需要回零操作
轨道1
轨道2
轨道3
" 20."光栅的精度
准确度等级
在 整个行程范围任意1米测量长度区段内建立在平均值基础上的位置偏差F的最大值Fmax均落在±α（μ m）之内，则±α为准确度等级
一个信号周期内的位置偏差
" 21."20
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