增量式光栅尺指示光栅自动粘接系统的设计
光栅尺的设计及加工工艺的参考
摘要随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。
机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件，清楚地了解他们的发展趋势，对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。
本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸，利用solidworks2009对其进行了实体建模，并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。
同时，本文阐述了光栅尺的概况，分类及工作原理，介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展，提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。
第1章绪论1.1引言在经济危机席卷全球的形式下，中国光栅尺制造商面临产品升级，寻求新发展的重要时期，制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。
实现该目标与很多因素都相关，本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手，介绍其最新发展供大家参考。
结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究，着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展，包括:(1)单场扫描技术；(2) 光栅测量技术；(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理；(4 )光栅尺的加工工艺等。
结合HEIDENHAIN数控系统，介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术，包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。
1.2光栅测量系统的发展趋势及水平光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分，是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。
光栅传感器是作为位移测量元件，光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。
光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准，并通过光电扫描进行分度，编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。
光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器，而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。
对于编码器的结构又分为开启式的和封闭式的。
光栅尺的设计及加工工艺的
光栅尺的设计及加工工艺的光栅尺是一种用于测量长度和角度的精密工具，它由一系列平行的刻线组成，可以通过光学读取或电子读取来获取测量值。
光栅尺广泛应用于机床、自动化设备、测量仪器等领域。
光栅尺的加工工艺主要包括以下几个步骤：1.材料选择：光栅尺通常使用玻璃或金属作为基材。
玻璃具有良好的光学特性和稳定性，适合用于光学读取的光栅尺；金属材料则适合用于电子读取的光栅尺。
2.刻线图案设计：根据测量需求，设计出适合的刻线图案。
光栅尺的刻线通常为平行的条纹，可通过定制的刻刀或激光刻蚀来实现。
3.图案转移：将刻线图案转移到基材上。
对于玻璃基材，可以通过光刻或光刻胶的方式将图案转移到基材上；对于金属基材，可以使用化学腐蚀、电化学腐蚀或激光刻蚀等方法。
4.刻线修整和清洗：完成刻线转移后，需要进行刻线修整和清洗工作，以确保刻线的质量和准确性。
5.光栅尺加工：将刻有图案的基材进行切割和加工，使其具有适当的尺寸和形状。
加工方法可以有机械加工、化学加工、电火花加工等。
6.光栅尺涂层：为了保护刻线和提高光栅尺的工作寿命，可以对光栅尺进行薄膜涂层处理。
常见的涂层材料有氧化锌、二氧化硅等。
7.检验和调试：对加工完成的光栅尺进行检验和调试，确保其满足设计要求。
这包括检查刻线的清晰度和直线度，并使用光学或电子设备进行精密测量。
光栅尺的设计和加工是一个相对复杂的过程，需要各种精确的工艺和设备。
每个步骤都需要经验丰富的专业人员进行操作，以确保光栅尺的质量和准确性。
在工艺流程中，还需要注意控制温度、湿度等环境因素，以减少对加工过程的影响。
通过严格的质量控制和检验，可以生产出高质量的光栅尺。
光栅尺的种类及工作原理
光栅尺的种类及工作原理光栅尺是一种常见的测量仪器，它利用光学原理来测量物体的位置和移动距离。
光栅尺广泛应用于机械设备、数控机床、精密测量仪器等领域。
本文将介绍光栅尺的种类以及它们的工作原理。
一、光栅尺的种类1. 增量式光栅尺：增量式光栅尺是最常见的一种光栅尺。
它通过将光栅刻划在透明玻璃或光学膜上，然后通过读头接收反射或透射的光信号，测量物体的位置和位移。
增量式光栅尺通常具有高分辨率和较低的成本，适用于一般的测量应用。
2. 绝对式光栅尺：绝对式光栅尺是一种具有独特编码结构的光栅尺。
它可以直接测量物体的位置，无需参考点或回零操作。
绝对式光栅尺通常具有高精度和高分辨率，适用于要求较高的测量应用。
3. 波前式光栅尺：波前式光栅尺是一种基于波前干涉原理的光栅尺。
它利用物体表面反射的光波前差来测量物体的形状和表面变形。
波前式光栅尺通常具有高精度和高灵敏度，适用于形状测量和表面缺陷检测。
二、光栅尺的工作原理光栅尺的工作原理基于光学干涉现象。
光栅是一种具有周期性刻线的光学元件，可以将入射的平行光束分成多个等间距的光斑。
光栅尺通常包括光栅和读头两个部分。
当光线照射到光栅上时，光栅上的刻线会将光线分散成多个光斑。
这些光斑会经过物体反射或透射后，再次通过光栅，最后被读头接收。
读头中的光电二极管会将接收到的光信号转换为电信号。
对于增量式光栅尺，读头会将接收到的光信号转换为脉冲信号。
脉冲的数量和频率与物体的位置和位移成正比。
通过计数和计时脉冲信号，可以确定物体的位置和位移。
对于绝对式光栅尺，光栅上的刻线会形成一种特殊的编码结构。
读头会将接收到的光信号转换为二进制码或格雷码。
通过解码和识别编码，可以直接确定物体的位置，无需参考点或回零操作。
对于波前式光栅尺，光栅上的刻线会形成一种波前干涉的结构。
读头会将接收到的光信号转换为干涉条纹图像。
通过分析条纹图像的变化，可以测量物体的形状和表面变形。
总结起来，光栅尺利用光学原理通过光栅和读头的组合，将光信号转换为电信号，并通过信号处理和解码来测量物体的位置和位移。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种用于测量和检测物体位置的精密测量仪器，广泛应用于机械加工、自动化控制和精密测量领域。
其工作原理基于光学干涉原理和编码技术，能够实现高精度的位置测量。
光栅尺的主要组成部分包括光源、光栅、检测器和信号处理器。
光源发出一束平行光线照射到光栅上，光栅是由一系列等距的透明和不透明条纹组成的，这些条纹被称为光栅线。
当光线通过光栅时，会发生折射和衍射现象。
光栅尺的工作原理可以分为两种类型：增量式和绝对式。
1. 增量式光栅尺工作原理：增量式光栅尺通过测量光栅线的移动来确定物体的位置。
当物体移动时，光栅线也会相应地移动。
光栅尺上的检测器会接收到经过光栅衍射的光信号，并将其转换为电信号。
信号处理器会对电信号进行处理，计算出物体的位移或位置信息。
2. 绝对式光栅尺工作原理：绝对式光栅尺通过在光栅上编码信息来直接确定物体的位置。
光栅上的每一个光栅线都被编码成独特的二进制码。
检测器接收到经过光栅衍射的光信号后，会将其转换为对应的二进制码。
信号处理器会将二进制码转换为物体的绝对位置信息。
光栅尺的工作原理基于光学干涉原理。
当光线通过光栅时，会发生衍射现象，即光线会在光栅上产生干涉条纹。
这些干涉条纹的形状和间距与光栅的结构参数相关。
通过测量干涉条纹的特征，可以计算出物体的位移或位置信息。
光栅尺的精度受到多个因素的影响，包括光栅线的间距、光源的稳定性、检测器的灵敏度等。
为了提高测量精度，光栅尺通常采用高精度的光栅和稳定的光源，同时配备高分辨率的检测器和精密的信号处理器。
总结起来，光栅尺的工作原理基于光学干涉原理和编码技术，能够实现高精度的位置测量。
通过测量光栅线的移动或解码光栅上的信息，可以确定物体的位移或位置信息。
光栅尺在机械加工、自动化控制和精密测量领域具有重要的应用价值。
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 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，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距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每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，这是衡量感 应同步器精度的主要参数，工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
带距离码增量光栅尺回参考点原理及参数设置
算机 床 的参考 点 ， ＪＧ Ｏ 方式
并刷新 屏 幕显 示 ， ｚＮ Ｒ 方式
此时屏 幕上显 示
＋１ Ｊ方向
厂—————————一
Ｎ． ２ ｏ１ ５机床返 回参考点速度 ； ４ Ｎ ． １．（ ）１ ｏ１ ５１０ ＝ 机床使用光栅尺 ； ８
１ 零 脉 冲 ＭＡ Ｋ 个 Ｒ ２后 ， 标 轴 会 暂 停 运 动 一 段 时 间 ， 后 继 续 坐 然 搜 寻 下 一 个 零 脉 冲 ＭＡ Ｋ ，直 到 收 到 第 ３个 零 脉 冲 Ｍ Ｒ ２ Ｒ ２ Ａ Ｋ
二、 建立 初 始 机 械 零 点
在生产实际中 ， 全闭环控制 的 Ｃ Ｃ机床 ， Ｎ 由于各种原 因（ 机 床撞机和硬件损坏 、伺服 电机及传 动机构损坏及信 号反馈元件 损坏等 ） 导致机械零点丢失 ， 需要重新建立机床轴的机械零点 以
修 复 设 备 ，所 以 如何 快 速 建 立 机床 机 械 零 点 也 是 较 重要 的一 环 节 。 Ｆ Ｎ Ｃ １ｉ 控 全 闭环 系统 和 德 国 Ｅ — Ｅ Ｌ ０生 产 的 以 Ａ Ｕ 一８数 Ｘ Ｃ Ｌ一
后 ， 统会 自动 计 数
Ｘ ２ Ｓ１ １卧式加工 中心举例 （ 采用 Ｈ Ｉ Ｅ Ｈ Ｉ Ｅ Ｄ Ｎ Ａ Ｎ公 司 Ｉ ８ Ｃ光 Ｓ１６ 栅尺）重新建立机床机械零点和参数设置步骤 ： ，
挞 卷 谚 遗
设 管 与 修 ２ １Ｄ 团 备 理 维 ０ ４ １Ｎ
号代表参考点对光栅原点的方 向。 ②步骤 ： 将机床置 于手动 回参考 点方式 （ 信号 Ｚ Ｎ １ ， Ｒ ＝ ）选 择坐标轴 回参考点方 向 （ 应信号＋ １＋ ２ 一 １一２被 选中 ） 相 Ｊ 、Ｊ 、Ｊ 、Ｊ ， 启动后坐标轴按指定 速度 沿指定方 向移 动。当数控系统收到第
选择绝对值光栅尺还是增量式光栅尺？
选择肯定值光栅尺还是增量式光栅尺？在现代工业领域中，光栅尺作为一种常见的测量设备，在运动掌控、位置检测等方面扮演侧紧要的角色。
目前市场上有两种重要类型的光栅尺供选择，分别是肯定值光栅尺和增量式光栅尺。
然而，很多人在选择时常常感到困惑，不知道该如何进行选择。
下面就认真介绍它们的特点以及它们适用的场景，帮忙读者更好地了解并选择合适的光栅尺。
一、肯定值光栅尺的特点和适用场景：1、特点：肯定值光栅尺具有特别编码结构，可以在断电或重新上电后精准恢复位置信息，无需复位操作。
一般采纳多通道编码原理，具有高辨别率和高精度，可实现非接触式高精度测量。
供给肯定位置值输出，无需通过积分或计数器取得位置信息。
2、适用场景：需要长时间运行并保持精准明确测量结果的应用，如机床、半导体制造设备等。
对位置信息的精准性要求较高的系统，如高精度定位系统、医疗设备等。
需要频繁断电或移动位置的应用，如便携式设备和机器人等。
二、增量式光栅尺的特点和适用场景：1、特点：增量式光栅尺通过光栅编码原理，将运动过程转化为脉冲信号输出，测量的是位置变化量。
通过测量脉冲数进行计数，可实现相对位置值输出，并结合计数器进行位置计算。
通常具有较高的测量速度和较低的成本。
2、适用场景：对位置变化量进行测量的应用，如步进电机掌控、自动化设备的位置检测等。
对位置精度要求不高，但要求测量速度较快的系统，如一些传送带、包装生产线等。
三、选择肯定值光栅尺还是增量式光栅尺的考虑因素：1、系统要求：假如在断电或重新上电后需要快速恢复精准明确位置信息，建议选择肯定值光栅尺。
假如只需要测量位置变化量，不需要肯定位置信息，且要求较高的测量速度，可以选择增量式光栅尺。
2、应用场景：假如应用场景需要长时间运行，并对位置精准性有较高要求，建议选择肯定值光栅尺。
假如应用场景对位置精准性要求不高，但需要频繁变动位置，可以选择增量式光栅尺。
在选择时，需要考虑系统要求和应用场景等因素。
肯定值光栅尺适用于需要长时间运行、对位置精准性要求高的场景；而增量式光栅尺适用于对位置变化量测量、要求测量速度较快的场景。
数控车工技师模拟试卷（六）
数控车工技师模拟试卷（六）第一篇：数控车工技师模拟试卷(六)数控车工技师模拟试卷（六）一、填空题（每题1分，共20分）1.在位置增益一定的条件下，跟随误差随着进给速度的增加，其值＿＿＿＿＿＿（增大、减少、不便）。
2.车床半闭环控制系统常以＿＿＿＿＿＿为反馈元件。
3.增量式光栅尺经尺经信号处理电路后输出＿＿＿＿＿＿信号，而绝对式光栅尺输出二进制BCD码或格雷码。
4.液压油的温度过高，其粘度变小：温度过低，其粘度变大。
这种情况将影响液压执行机构动作的＿＿＿＿＿＿和可靠性。
5.如果I0.0状态为1，那么逻辑符号的运算结果为＿＿＿＿＿＿。
6.数控机床与普通机床相比在结构上差别最大的部件是＿＿＿＿＿＿。
7.在数控机床进给传动系统中，采用滚珠丝杠副消除轴间间距的目的主要是＿＿＿＿＿＿。
8.组成环中，由于该环减小使封闭环增大的环称为＿＿＿＿＿＿。
9.数控机床用的滚珠丝杠的公称直径是指＿＿＿＿＿＿。
10.粗车铸铁应选用＿＿＿＿＿＿牌号的硬质合金车刀。
11.可转为刀片型号的第八位E表示切削刃截面形状为＿＿＿＿ 12.可转为刀片型号的第九位R表示切削方向为＿＿＿＿。
13.一把新刃磨的刀具，从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止所使用的切削时间称为。
14.ISO族标准需经过第三方进行，证明产品是按照ISO族标准的质量体系产生的。
15.在车削曲柄及扇板开档时，可在曲轴中间使用。
16.一般有控制单元和算术逻辑单元组成。
17.通过传感器检测某一部位（如伺候电动机）运动并进行反馈，间接控制目标运动系统为系统。
18.某系统的I/O点数为32点，则选PLC机的容量为 K。
19.两个或两个以上支承点重复限制同一个自由度，称为。
20.工件的定位基准与设计基准重合，就可避免的产生。
二、单项选择题（每题2分，共20分）三、判断题（每题1分，共10分）四、简单题（每题5分，共20分）五、论述题（每题7.5分，共30分）第二篇：数控车工技师论文数车实训的项目教学运用李辉【摘要】:随着科学技术的迅速发展,传统的制造业已发生了显著的变化,职业技术学校作为生产一线操作和技术人才的培养基地,应及时合理地调整教学计划,快速高效地为现代社会培养出高质量的技术人才。
光栅尺的设计及加工工艺的参考
光栅尺的设计及加工工艺的参考光栅尺是一种精密测量装置，可用于测量机械设备的运动或位置。
光栅尺通过光学原理实现测量，具有高精度、不易受环境干扰等特点，广泛应用于机床、机器人、半导体设备等领域。
如何设计和加工光栅尺是关键的步骤，下面将详细介绍光栅尺的设计及加工工艺。
一、光栅尺的设计1.确定测量范围：根据需求确定光栅尺的测量范围，通常根据机械设备的尺寸和运动范围来确定。
2.选择光栅尺的类型：根据精度要求和应用需求选择合适的光栅尺类型，常见的有拉线式光栅尺、投影式光栅尺、平面光栅尺等。
3.确定分辨率：根据测量要求和机械设备的精度要求确定光栅尺的分辨率，分辨率越高，测量精度越高，但成本也会相应提高。
4.设计光栅尺的结构：根据测量原理和工艺要求设计光栅尺的结构，包括光栅片的安装方式、测量头的结构等。
5.线条图案设计：根据分辨率要求和工艺要求设计光栅片的线条图案，通常采用等宽等间距的线条设计，线条的宽度和间距根据光学和电子学的原理进行计算。
6.成像系统设计：根据光栅尺的工作原理设计光栅尺的成像系统，包括LED光源、光学透镜、CCD成像传感器等。
二、光栅尺的加工工艺1.光栅片制作：根据设计要求，采用光刻工艺将线条图案制作在玻璃或金属基底上，常用的光刻工艺有光阻法、金属蒸镀法等。
2.光栅片涂覆：根据设计要求，将光栅片表面进行涂层处理，常用的涂层材料有氧化铝、氮化硅等，用于提高光栅片的耐磨损性和光学性能。
3.光栅片检测：对制作好的光栅片进行质量检测，主要检测光栅片的形状、线条图案的精度和分辨率等。
4.光栅片组装：将制作好的光栅片安装在光栅尺的测量头上，保证光栅片的位置准确。
5.光栅尺调试：对组装好的光栅尺进行调试，校准测量系统，确认测量精度和分辨率是否符合设计要求。
6.光栅尺封装：将调试好的光栅尺进行封装，通常采用金属外壳和防尘防水的设计，以保护光栅尺的稳定性和耐用性。
7.光栅尺总检：对封装好的光栅尺进行全面检验，包括外观检查、电气性能测试等，确保光栅尺的质量达到要求。
增量式直线光栅尺(MSA7和MSA8系列)
掩模板栅格
刻度尺
控制 LED 保证在稳定的温度波动下，确 保输出连续不断的稳定光。以保持光栅 尺的长期稳定运行。
栅状传感器
（图示：“正计数方向”） 正弦电压信号： 两个正弦电压信号Ａ１和Ａ２和一个参考信号。（都具有反相信号） 供电电源： +5 V ±5 %, max. 150 mA （空载） 输出信号参考电压： V+/ 2 （大约：2.5 V) 移动轨迹信号：（差分电压 A1 与 A 相应的． A 2 与 A ): 相位差： 90° ±0°电子角． 信号幅值：0.6 Vpp 至1. 2 Vpp 典型值： Vpp , 输出阻抗 Zo = 12 0 Ω 参考标记： （差分电压 RI 与 RI ） 360°
MSA 7xx 和 MSA 8xx 代表了检验和 测试系统的彻底进步和主要结构特征 的提高。 在产品开发过程中 RSF 特别 关注系统精度的最佳化。 我们为实现 这一目标，将几个单独零部件精确的 组装在一起。除此之外，更多地强调 深入细节，以保证光栅尺拥有更强的 长期稳定性。
测量系统由两部分组成：刻度尺单元 和读数头。 最佳安装是将刻度尺单元 安装在直线轴的可移动部分上，而读 数头安装在直线轴的固定部件上（线缆 导管）。刻度尺单元由坚固稳定的铝外 壳，紧固元件，刻度尺和密封胶条组成。
参考标记原理
参考标记
带距离编码参考标记原理
参考标记
增量式直线光栅尺采用的是透射式单场 扫描成像测量原理。
由红外发光二极管 LED 发出的一束光 截面积很小的红外光通过透镜后形成平 行光束，该平行光束通过扫描窗的扫描 模板在光栅尺上形成光强有周期变化的 光信号。
透射式单场扫描原理
聚焦透镜
光电传感器能够产生高质量的正弦周期 信号，证明光栅尺对于环境的污染是很 不明感的。尽管采用了很多技术措施但 是都不能排除污染的可能。
光栅尺工作原理及详细介绍完整版
光栅尺工作原理及详细介绍完整版光栅尺工作原理及详细介绍标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]光栅尺工作原理及详细介绍光栅：光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。
在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。
光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。
如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。
光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。
【相当于眼睛】一、引言目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图。
随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用，并逐步向智能化方向转化。
利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。
该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量，它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。
下面对该系统的工作原理及设计思想作以下介绍。
二、电子细分与判向电路光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。
目前高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。
为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，本系统采用了电子细分方法。
当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。
这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量，同量莫尔条纹又具有光学放大作用，其放大倍数为：(1)式中：W为莫尔条纹宽度；d为光栅栅距（节距）；θ为两块光栅的夹角，rad在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。
增量式圆环钢栅尺
增量式圆环钢栅尺增量式圆环钢栅尺是一种高精度的位移测量装置，广泛应用于机械制造、电子设备、自动化控制等领域。
它基于光栅原理，通过测量光栅尺上的光栅线数来确定位置。
与传统的直线光栅尺相比，增量式圆环钢栅尺具有更高的测量精度和稳定性。
以下是关于增量式圆环钢栅尺的详细介绍。
一、工作原理增量式圆环钢栅尺的工作原理与直线光栅尺类似，但其在结构上有所区别。
增量式圆环钢栅尺采用圆环形光栅，光栅线沿圆环的径向排列。
当光源照射到光栅上时，光栅线会产生明暗相间的条纹。
这些条纹被光电传感器逐个检测，通过计算传感器检测到的光栅线数，可以确定测量位置。
二、特点1. 高精度：增量式圆环钢栅尺采用圆环形光栅，光栅线数密集，测量精度高。
2. 稳定性：圆环钢栅尺的结构稳定，不易受到外部环境的影响，测量结果稳定可靠。
3. 抗干扰能力强：圆环钢栅尺的光栅线沿径向排列，有效减少了外界光线和杂散光的影响。
4. 测量范围大：增量式圆环钢栅尺可以实现较大范围的测量，适用于不同尺寸的测量场景。
5. 安装方便：圆环钢栅尺的结构紧凑，安装方便，适用于各种测量设备。
三、主要组成部分1. 圆环钢栅尺：圆环钢栅尺是增量式圆环钢栅尺的核心部分，其上刻有密集的光栅线。
2. 光源：光源用于照射光栅尺，产生明暗相间的光栅线。
3. 光电传感器：光电传感器用于检测光栅线，将光信号转换为电信号。
4. 信号处理电路：信号处理电路用于对光电传感器输出的电信号进行处理，提取光栅线数信息。
5. 显示与输出单元：显示与输出单元用于显示测量结果，并将测量数据传输至控制系统。
四、应用领域增量式圆环钢栅尺广泛应用于以下领域：1. 机械制造：用于测量机床、加工中心等设备的工作台位移，实现高精度加工。
2. 电子设备：用于检测电子设备的微小位移，如半导体制造设备、光刻机等。
3. 自动化控制：用于实现自动化生产线的精确控制，如机器人、自动化装配线等。
4. 航空航天：用于测量航空航天器上的各种部件的位移，如发动机、飞行控制系统等。
LB383C光栅尺
LB383C光栅尺
佚名
【期刊名称】《现代制造》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】海德汉全新推出的LB383C光栅尺,是一款增量式封闭光栅尺,用于大型机床,具有高信号质量、高可靠性和易于安装的特点。
LB383C光栅尺的测量长度为440 mm~72040 mm,系统精度可达±5μm。
通过使用METALLUR刻线钢带,以及带有大扫描窗口的ASIC集成扫描芯片。
【总页数】1页(P64-64)
【正文语种】中文
【中图分类】TG6
【相关文献】
1.数控机床专用增量式光栅尺GVS600系列和绝对式光栅尺GVS608系列
2.基于光栅尺反馈的直线运动系统设计与实现
3.基于码道三角波骨架提取的量子点光栅尺高精度测量方法
4.国产FPGA增量式光栅尺信号采集系统的设计
5.基于激光传感器和光栅尺的波纹管尺寸高精度测量系统的应用
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光栅尺的设计及加工工艺的参考
摘要随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。
机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件，清楚地了解他们的发展趋势，对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。
本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸，利用solidworks2009对其进行了实体建模，并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。
同时，本文阐述了光栅尺的概况，分类及工作原理，介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展，提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。
第1章绪论1.1引言在经济危机席卷全球的形式下，中国光栅尺制造商面临产品升级，寻求新发展的重要时期，制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。
实现该目标与很多因素都相关，本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手，介绍其最新发展供大家参考。
结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究，着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展，包括:(1)单场扫描技术；(2) 光栅测量技术；(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理；(4 )光栅尺的加工工艺等。
结合HEIDENHAIN数控系统，介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术，包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。
1.2光栅测量系统的发展趋势及水平光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分，是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。
光栅传感器是作为位移测量元件，光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。
光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准，并通过光电扫描进行分度，编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。
光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器，而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。
对于编码器的结构又分为开启式的和封闭式的。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种用于测量线性位移的精密测量仪器，广泛应用于机床、自动化设备、半导体创造等领域。
它通过光栅原理实现高精度的位移测量，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
一、光栅尺的基本结构光栅尺主要由光栅条、读头和信号处理电路组成。
光栅条是由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成的，通常采用光刻技术创造。
读头是光电转换器，用于将光栅条上的光信号转换为电信号。
信号处理电路负责接收、放大、滤波和解码读头输出的电信号，最终得到位移信息。
二、光栅尺的工作原理1. 光栅原理光栅尺利用光栅原理实现位移测量。
光栅是一种具有周期性透明和不透明条纹的光学元件。
当光线通过光栅时，会发生衍射现象，即光线被分成不同方向的衍射光。
光栅的周期性结构决定了衍射光的相位差，通过测量相位差的变化可以计算出位移信息。
2. 工作过程光栅尺的工作过程可以分为光栅发射和读头接收两个阶段。
（1）光栅发射阶段：当光源照射到光栅条上时，透明和不透明的条纹会使光线发生衍射。
通过调整光源的位置和角度，使得衍射光能够尽可能地垂直地照射到读头上，以提高测量精度。
（2）读头接收阶段：读头接收到经过光栅条衍射的光信号后，将其转换为相应的电信号。
读头通常采用光电二极管或者光电三极管等光电转换器件，能够将光信号转换为电流或者电压信号输出。
3. 信号处理读头输出的电信号经过信号处理电路进行放大、滤波和解码处理。
放大可以增加信号的幅度，提高信噪比；滤波可以去除高频噪声，提高信号的稳定性；解码处理可以将电信号转换为位移信息。
三、光栅尺的精度和应用光栅尺的精度主要受到光栅条的周期性和读头的分辨率的影响。
光栅条的周期性越高，读头的分辨率越高，测量精度越高。
目前市场上常见的光栅尺精度可达到亚微米级别。
光栅尺广泛应用于机床、自动化设备、半导体创造等领域。
在机床上，光栅尺用于测量工件的位移，实现高精度的加工。
在自动化设备中，光栅尺用于定位和控制，提高设备的精度和稳定性。
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架 两 侧 对 称 的 双 臂 是 中空 的 ，其 上 端 面 加 工 有 多 个 小
孔 。支架 下 端 的气 孔 可与 真空 泵 连接 。支 架 的双 臂 穿过
间两 个 窗 口 的莫 尔 条 纹 图像 。因 此 与 Ｃ Ｃ Ｄ 相 机 配 套 的镜 头 的视 场最 小应 为 （ １ ４ ． ５ ｘ ３ ） ｍｍ。 图 ４ 指示光栅尺寸图
ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｕｒ ｔ ｅ ｗｈ ｉｃ ｈ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐｌ ｅ ｎｄ ａ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ Ｏ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｔ ｔ ａ ｋｅ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ￣ｇ ｅ ｏ ｆ ＣＣＤ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｎ ｋｅ ａ ｄ ｅ ｙ ｅ ｔ Ｏ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｅ ｏ ｆ ｍｏ ｉ ｒ ６
为机 电 一 体化 ； 王鹤 （ １ ９ ８ ３ －）， 男， 助 理研 究 员 。
１ ４４
・
数控机床世界・
两 光 栅 间 隙 达 到 要 求 ，通 过 Ｃ Ｃ Ｄ相 机 获 得 莫 尔 条 纹 图
像 数 据 以 控制 转 台调 整 指示 光 栅 使 得 两 光栅 刻 线 对 齐 ， 并 在此 基 础上 ，设 计 出指示 光栅 的 自动粘 接 方案 。
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ２ — ６ ６ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）０ ６ — １ ４ ４ — ０ ３
增量式光栅 尺指示光栅 自动粘接 系统 的ห้องสมุดไป่ตู้计
李 小 虎 。王 鹤
（ 中 国科 学 院 长 春光 学 精 密 机 械 与 物 理 研究 所 ，吉 林 长 春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ）
２ ． １ ＣＣ Ｄ 相机
由于观 察 的是 明 暗相 间 的莫 尔条 纹 图像 ．因此 选择
Ｃ Ｃ Ｄ相 机主 要依 据 的是数 据 位数 和敏 感度 等 指标 。与分 辨 率 相 关 性 较 小 。 实 际 使 用 的 相 机 型 号 为 ＭＶ— Ｖ Ｅ Ｍ２ ０ ０ Ｓ Ｍ，其 输 出 的 是 黑 白 图 像 。数 据 位 数 为 １ ２位 Ａ Ｄ，８位 输 出 ，敏感度 为 ０ ． ０ １ ５ １ ｘ ，能 够满 足需 求 。 指示 光 栅长 宽 为 （ ３ ４ ｘ ８ ） ｍｍ， 内有 四个 （ ３ ｘ ３ ） ｍｍ 的窗
光栅 与 主 光栅 形成 的莫 尔 条 纹 宽 度要 达 到 ７ ０ ｍｍ 以上 ．
０ 引言
数 控机 床上 使用 的增 量式 光栅 尺 由主 光栅 与指 示光 栅 组成 ．其 中 主光栅 粘接 在尺 壳上 ，指 示 光栅 粘接 在 滑 架 上 。滑架 通过 五个 轴承 作用 于 主光栅 上 ，当滑架 带 动 指 示光 栅在 主光 删上 移 动时 ，利用 光 的莫 尔效 应 ，将位 置 移动 转变 成 明暗相 间 的莫尔 条纹 的移 动 ，再 由光 电接 收 器件 转换 成数 字量 信号 ＿ ｌ ｌ ２ １ 。
ｆ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｉｎ ｄ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ａｇ ｍ ｅ ｓ ｄ ａ ｔ ａ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ＣＣＤ ｃ ａ ｎ ｌ ｅ ｒ ａ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｕ ｔ ｏ ａｔ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ￣ｔ ｈ ｅ ｎｄ ｉ ｉｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｇ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ ｔ Ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ －
明暗相 间 的莫 尔条 纹 图像 实现 的 。 当指 示 光栅 窗 口显 示
的 明暗条 纹 消失 ，整个 窗 口的灰度 值 基本 相 同 ，就 认 为
两光栅 刻线 对 齐 ，否则 会采 用 手工 调整 指示 光 栅直 至 其
示光栅之间的磨损，降低光栅尺的使用寿命 ；②是指示
修 稿 日期 ： ２ ０１ ４ 一 Ｏ ９ — ２ ２
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ａ ｉ ｔ ｎｇ ｇ ｒ ａ ｉｎ ｔ ｇ ｂｏ ｎ ｉｎｇ ｄ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏｒ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｕ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉｔ ｄ ￣ｃ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ｍａ ｎ ｕｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｎｄ ａ ｌ ｏ ｗ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ．Ｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ
第２ ７卷 第 ６期 ２ ０ １ ４年 １ １月
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ＆ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ ＆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
机 电 产 品 开发
新
Ｖｏ １ ． ２ ７， Ｎｏ． ６ Ｎｏ ｖ． ， ２ ０１ ４
区 目前 只 能 采 用 手 工 研 磨 ，而 手 工 研 磨 耗 时 耗 力 ，研 磨 面 粗 糙 ，精 度 较 低 ［ ３ １ 。 第 二 个 指 标 的 满 足 是 通 过 人 眼 观 察 指 示 光 栅 窗 口 上
指示光栅粘 接在滑架上需要满 足两个技术指标 ： ①是
指 示光 栅 与 主光 栅 之 间 的 间隙 为 ０ ． ０ ３ ～ ０ ． ０ ４ ｍｍ。间 隙越 小 ，光 电信号 的直 流 电平 越小 、信 号 幅度越 高 ，对 后续 电子学 的处 理有好 处 。但 间隙 过小 ，在 光栅 尺 的实 际应 用 中不 可避 免 的有 颗粒 污 染的 时候 ，会 造成 主 光栅 和指
满 足要 求 。人 眼观 察 的可靠 性 和一 致性 较 低 ，手工 调 整
进 一 步导 致粘 接 的一致 性 得不 到保 证 ，成 品 率低 ，影 响 光 栅尺 的整 体测 量精 度 。 针 对 以上 问题 ．本 文 提 出了悬 空 吸附 式结 构 以确 保
作 者 简 介 ： 李 小虎 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 助理 研 究 员 。主 要 研 究 方 向
ｃ ｌ ａ ｉ ｎ ｉｃ ｄ ａ ｔ ｏ ｒ ｎｄ ａ ｔ ｏ ｇ ｕａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔ ｈｅ ｂ ｏｎ ｉｎｇ ｄ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｃ ｙ ． Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎｄ ，ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ａ ｕｔ ｏｍａ ｉｃ ｔ ｂ ｏｎ ｉｎｇ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｉ ｎｄ ｉｃ ａ ｉｎ ｔ ｇ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｎｇ； ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｉｃ ｔ ｂ ｏｎ ｉｎｇ； ｄ ｄ ａ ｎｇ ｌ ｉ ｎｇ ａ ｄ ｓ ｏ ｒ ｐｔ ｉｏ ｎ；ｍ ｏｉ ｒ ４ ｒｉ ｆ ｎｇ ｅ
摘
要 ：增 量 式 光 栅 尺 指 示 光 栅 粘 接 设 备 制 造 困 难 ，精 度 较 低 ， 并 且 采 用 人 眼 观 察 手 工 调 整 的 粘 接 方 式 。成 品 率 低 ，粘 接 一 致 性 得 不 到 保 证 。 为 了改 进 设 备 与 粘 接 方 式 ，研 发 出 一 套 自动 粘 接 系 统 。该 系统提 出 简单 易实现 的 悬 空 吸 附式 结 构 ，利 用 Ｃ ＣＤ 相 机 替 代 人 眼 观 察 莫 尔 条 纹 的 变 化 ．并 根 据 ＣＣ Ｄ 提 供 的 图像 数 据 自动 调 整 指 示 光 栅 以 使 其 满 足 技 术 指 标 ，保 证 了粘 接 的 一 致 性 最 后 给 出 自动 粘 接 系统 的 详 细 设 计 方 案 。
或者说 指示 光 栅与 主光 栅 刻线 的夹 角 小于 １ 。 如 果 夹 角
过大 ，则会 降低增量信 号细分质量 ，进 而影响测 量精度诩 。
为 了满 足 第 一 个 指 标 ．现 在 的 方 式 是 特 制 一 主 光 栅 ．将 主 光 栅 表 面 与 滑 架 轴 承 的 接 触 区 域 磨 掉 ０ ． ０ ３ ～ ０ ． ０ ４ ｍｍ。形 成一 凹 陷区 。粘接 完毕 后 ，当滑架 放 在正 常 的主光 栅上 时 ．就 可保 证 指示 光栅 与 主光 栅之 间 的 间隙 为０ ． ０ ３ ～ ０ ． ０ ４ ｍｍ。这 种 方 式 的难 点 在 于 主光 栅 上 的 凹 陷
ＬＩＸｉ ａ ｏ － Ｈｕ， Ｗ ＡＮＧ Ｈｅ
（ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏｐ ｉ ｔ ｃ ｓ ， Ｆ ｉ ｎ ｅ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ １ ３ ０ ０ ３ ３ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｔｈｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎｄｉ ｃ ａｔ ｉ ｎｇ Ｇｒ ａｔ ｉ ｎｇ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｂｏ ｎｄ ｉ ｎｇ Ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｎｃ Ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｇｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ Ｒｕｌ ｅ ｒ
口 ，如 图 ４所 示 。 Ｃ Ｃ Ｄ 相 机 只 需 看 到 中
∞
１ 悬 空 吸 附 式 结 构
如图 １ 所 示 ，悬 空 吸附 式结 构 主要 包括 主光 栅 、指
示 光 栅 、支 架 和转 台 。主光 删设 置 有 两腰 槽 ，为 了方 便