光栅尺原理图
(整理)光栅尺工作原理
1 光栅尺工作原理光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。
经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
二、工作原理常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。
图4-9是其工作原理图。
当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。
在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。
相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。
莫尔条纹具有以下性质：(1) 当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。
(2) 若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当角很小时，上式可近似写W=d／θ若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。
这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。
这种放大作用是光栅的一个重要特点。
(3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。
(4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。
两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。
光栅尺原理演示幻灯片
两条暗带或明带之间的距离称为莫尔条 纹的间距B，若光栅的栅距为W，则
B 因为θ很小，则
2 s in
2
BW
由此可见，莫尔条纹的间距与光栅的栅 距成正比。
3
莫尔条纹具有如下特点：
（1） 由上式可知，莫尔条纹的间距B是光栅栅距W的1/θ，由于θ很 小（小于10′），故B＞＞W，即莫尔条纹具有放大作用。例如，当 栅距为W=0.01㎜，θ=0.001rad时，莫尔条纹的间距B=10㎜。因此， 不需要经过复杂的光学系统，就能把光栅的栅距转换成放大了1000 倍的莫尔条纹的宽度，从而大大简化了电子放大线路，这是光栅技 术独有的特点。
4
（2）起均化误差作用 莫尔条纹由若干线纹组成，若光电元件接受长度为10㎜，当 W=0.01㎜时， 10㎜宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成，因此，制 造上的间距误差（或缺陷），只会影响千分之几的光电效果。所以， 莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一条线纹，而是一组线纹 的平均效应。
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（3）莫尔条纹的变化规律 长短两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条 纹间距B，即光栅某一固定点的光强按明→暗→明规律 交替变化一次。光电元件只要读出移动的莫尔条纹条纹 数，就知道光栅移动了多少栅距，从而也就知道了运动 部件的准确位移量。
6
3. 光栅的辨向与信号处理
在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正（余）弦函数变 化，反映莫尔条纹的移动的光信号由光电元件接收转换成近似 正（余）弦函数的电压信号;
经信号处理装置整形、放大及微分处理后，即可输出与检测位 移成比例的脉冲信号。
为了既能计数，又能判别工作台移动的方向，光栅用了4个光 电元件。每个光电元件相距四分之一栅距（W/4）。 当指示光栅相对标尺光栅移动时，莫尔条纹通过各个光电元件
光栅尺、球栅尺、磁栅尺、优缺点对比
光栅尺、球栅尺、磁栅尺优缺点比较机床直线编码器（机床数显）用做机床位移测量大意分为三种：光栅尺、球栅尺、磁栅尺、下面我们详细了解这三种数显*结构*精度对比*产品优点*缺点，方便大家了解三种数显。
一、从每种产品外观结构：1、光栅尺：基于光学玻璃刻线为测量基准，把光学玻璃安装到铝合金的尺身里面和读数头等配件组成光栅尺，铝合金半密封设计，如下图：2、球栅尺：基于球细分为测量基准，由合金的尺身和读数头等配件组成球栅尺，全密封设计，如下图：3、磁栅尺：基于磁带刻线（刻录位置）原理，磁性材料组成尺身和读数头等配件组成磁栅尺，开放式或半密封设计，如图下：从外观结构上：较好是球栅尺是全封闭，合金尺身硬度高，坚固耐用。
第二是光栅尺半封闭，光学玻璃测量基准，铝合金尺身，坚固度一般，第三是磁栅尺半封闭和开放式，采用3m胶粘贴，可选铝合金底座，坚固度差。
二、精度对比：下面我们以杭州德普光栅尺、球栅尺、磁栅尺，统一是分辨率0.005mm的尺为测试对像，对产品定位精度、绝对精度进行测试，试验设备为杭州德普激光测长平台：2、绝对精度：从0点开始到标准长度的误差，叫绝对精度，用3米光栅尺、球栅尺、从定位精度，和绝对精度看你希望选择加工产品能达到的精度来选择你需要的数显产品。
三、三种数显优点、缺点：光栅尺：1、光栅尺：光栅采用光学玻璃为测量基准，所以精度较高，以上试验也验证其精度好。
2、光栅尺采用半密封设计，有一定防水、尘、铁屑能力，使用过程中如水、油、铁屑、等进入会加速光栅尺损坏（可以查看德普在这方面试验的视频）。
3、光栅尺销售价格低，安装可选设备很多，应用广泛。
4、使用寿命：跟据所安装种类机床不同，和使用环境不同整体使用寿命1-5年左右，使用环境好，无水、油、铁屑、震动小使用寿命就长，如机床有油水、铁屑灰尘多震动大设产品寿命就短。
球栅尺：1、球栅尺精度好，适应大部份的机床，以上试验也验证其精度好。
2、球栅尺采用全密封设计，合金尺身，有防水、尘、铁屑、耐震动等特点，不受环影响所以使用寿命长（可以看德普在这方面试验视频）。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理
光栅尺是一种用于测量物体位置和运动的精密测量仪器。
它由一个光栅尺头和
一个读取头组成。
光栅尺头包含一个透明的玻璃或金属片，上面刻有一系列平行的光栅线。
读取头则包含一个光源和一个光电传感器。
光栅尺的工作原理基于光的干涉原理。
当光线照射到光栅尺头上时，光栅线会
将光线分成多个光束，形成干涉条纹。
这些干涉条纹的间距与光栅线的间距相对应。
读取头中的光源会发出一束光线，照射到光栅尺头上。
光线经过光栅尺头后，
会被分成多个光束，并形成干涉条纹。
这些干涉条纹会被光电传感器接收到。
光电传感器是一种能够将光信号转换成电信号的器件。
当光线照射到光电传感
器上时，光电传感器会产生相应的电信号。
这个电信号的幅度和频率与干涉条纹的间距有关。
读取头中的光电传感器会将接收到的电信号转换成数字信号，并通过信号处理
电路进行处理。
信号处理电路会分析电信号的幅度和频率，从而确定干涉条纹的间距。
通过测量干涉条纹的间距，就可以计算出物体的位置和运动。
光栅尺具有高精度和高分辨率的特点，可以实现微米级的测量精度。
它广泛应
用于机床、数控机械、半导体设备等领域，用于测量物体的位置、位移、速度等参数。
总结起来，光栅尺的工作原理是利用光的干涉原理，通过光栅尺头将光线分成
多个光束，并形成干涉条纹。
读取头中的光电传感器接收到干涉条纹后，将其转换成电信号，并通过信号处理电路进行处理，从而实现对物体位置和运动的测量。
光栅尺具有高精度和高分辨率的特点，在工业领域有着广泛的应用。
光栅尺的工作原理
光栅尺工作原理常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。
图4-9是其工作原理图。
当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度 来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。
在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。
相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。
莫尔条纹具有以下性质：(1) 当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。
(2) 若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当 角很小时，上式可近似写W=d／θ若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。
这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。
这种放大作用是光栅的一个重要特点。
(3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。
(4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。
两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。
根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1／4莫尔条纹宽度，即W／4。
由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位上依次超前或滞后(取决于两光栅尺相对移动的方向)1／4周期(即π／2)的近似于余弦函数的光强度变化过程，用表示，见图4-9(c)。
光栅尺原理课件
数字化光栅尺
数字化光栅尺集成了数字信号处 理技术，提供更高的精度和稳定 性。
微型化光栅尺
微型化光栅尺体积更小，适用于 亚微米级别的精密测量。
无线光栅尺
无线光栅尺消除了传统光栅尺的 连接线束，提供更灵活的安装和 使用方式。
总结和展望
通过本课件的学习，您应该对光栅尺的定义、组成、工作原理、应用领域、优点和局限性有了更全面的了解。 未来，光栅尺将在精密测量领域发挥越来越重要的作用。
光栅尺原理课件
欢迎来到光栅尺原理课件。在本课件中，我们将探讨光栅尺的定义、组成、 工作原理、应用领域、优点和局限性以及发展趋势。让我们一起开始光栅尺 的奇妙之旅吧！
光栅尺的定义
光栅尺是一种精密测量工具，用于测量物体的位移或位置。它由一系列等距的凹槽和凸槽组成，可以通过材料 的光学特性来实现测量。
光栅尺的组成
3 科学研究
光栅尺在物理学、天文学等科研领域中被用 于测量精确的位移和位置。
4 医疗设备
光栅尺用于医疗设备中，如CT扫描仪和X射线 机，以准确测量和定位。
光栅尺的优点和局限性
优点
• 高精度测量 • 快速响应 • 适用于恶劣环境
局限性
• 对外部光干扰敏感 • 局限于线性测量 • 成本较高
光栅尺的发展趋势
2
解读光信号
光电传感器接收到反射或透过物体后的光信号，并将其转换为电信号。
3
计算位移
通过分析光信号的变化，可以计算出被测物体相对于光栅尺的位移。源自 光栅尺的应用领域1 机械制造
光栅尺被广泛应用于机床和自动化生产线等 领域，用于实时测量和控制位置。
2 半导体制造
光栅尺用于测量和控制半导体制造过程中的 关键尺寸，确保产品质量。
6.光栅尺的结构.
光栅尺的结构
一 光栅：在透明的光学玻璃上刻制平行且间距相等的密集线纹，利
用光的透射现象形成光栅。
条纹
放大
光学玻璃
b
a W
a :刻线宽度 b :相邻两刻线间隙的宽度 w :光栅的栅距 w=a+b
主光栅和指示光栅线纹的栅距相同。
条纹密度有：25、50、100、250线/mm
主光栅
条纹密度越高，检测精度越高;
光栅副
指示光栅
光栅尺按装时，主光栅和扫描头：一个按装在固定部件上，另一 个就按装在机床的移动部件上；
光栅传感器的作用：当伺服电机通过丝杠带动工作台移动时，主光栅和扫描头 发生相对位移，扫描头开始读数，并将工作台移动的实际位移量转换为电脉冲 的信号，反馈给CNC，形成位置闭环控制。
光栅尺的结构
一 光栅传感器（光栅尺）是一种高精度的直线位移传感器；
组成：照明系统、光栅副
主光栅
（主光栅和指示光栅）、光电
接收元件及信号处理电路。
扫描头（指示光栅）
CNC
电缆
光
（主光栅）
栅
短 光栅副 长
检
红色：主光栅；
测 装
其余：扫描头；
置
的
信号处理电路
组
成
扫描头内包含有照明系统、指示光栅、光电接收元件及信号处 理电路。
光栅尺原理
光栅尺有"S"和"M"两种规格,两者区别是两端固定处不一样,而且有长短之分.光栅尺有50;100;150;200;300及400(MM)光栅尺主要功能是靠尺子上的读头读出数据给予数显器或软件里LE 光栅尺是精密的光栅测量系统,适用于大量程的精密测量. 尤其适用于测量, 医疗设备,精密现代化加工设备. 数控加工中心，机床，磨床，铣床，自动卸货机，金属板压制和焊接机，机器人和自动化科技，生产过程测量机器，线性产品, 直线马达, 直线导轨定位等。
LE 光栅尺将直线的位移变化转换为脉冲信号. 脉冲信号的数量对应移动的距离，脉冲频率则反应了运动速度。
LE 本体部分由5只精密轴承，玻璃光栅，LED 光照系统，铝合金外壳组成。
LE输出信号为矩形方波。
A，B相相差90°的两路波形，能够指示出移动距离以及方向。
零位信号间距50mm 。
可选购RS422长线输出。
光栅尺原理: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如图1所示。
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。
光栅尺图文介绍
灰尘等。一旦进去这些油、水、灰尘等光栅尺就基本报废了。整体尺只能为 3 米，接长较难、精度难保证。所以光栅尺对环境要求相对较高，安装较复杂、使 用寿命短，而且必须要由专业人员安装才行。 球栅尺是国际九十年代产品，原产地为英国。它是利用导磁介质量的变化实 现电磁/磁电转换。球栅尺的尺身是由高等级的进口无缝钢管和若干个精密钢球 密闭组合而成。它由感应器产生的电磁切割钢管中的精密球，把它分割成 2450 份而每份为 5μ。由于球栅尺是密闭结构，所以它最大优点是不怕油、水、灰尘， 整体尺可做到 8 米、拼接可做 30 米。而且使用寿命长、安装简单、环境要求低。 3：光栅尺的分辨率同球栅尺的分辨率为什么不同？ 一般光栅分辩率是 1μ， 球栅的分辩率是 5μ。 但分辩率不等同于精确度， 光栅只是 1μ 一显示、而球栅有 1μ 一显示的、也有 5μ 一显示的，它们都采用 以 mm 单位的十进制。由于光栅是累计误差，而球栅是周期性误差。所以短的光 栅尺精度较高，长的球栅尺精度要高于光栅尺的精度。 4：安装光栅尺或球栅尺效益比较 光栅尺在 3 米以下的价格一般是球栅尺价格的 50%， 3 米以上的至 8 米的 光栅同球栅价格基本一样。8 米至 10 米的光栅尺价格要高出球栅尺价格 20%，10 米至 12 米的光栅尺价格要高出球栅尺价格 50%。从短尺价格比较光栅尺要便宜， 但光栅的使用寿命一般是 3 年，而球栅的使用寿命在 10 年以上。从长尺比较球 栅的优势就更多了。所以总体说安装球栅尺的效益要好于光栅尺。 5：编码器是什么 编码器就是圆光栅，测角位移。测完圈数、角度换算成周长。 6：同步传感器是什么 又称电栅也是用于直线测量的，原理是靠二路信号的电磁感应。也具有 不怕油、水、灰，但由于精度低以被淘汰了。 7：磁栅是什么 它是利用磁性栅尺和磁头实现电磁/磁电转换的。具体是一个钢片带磁， 由一个读数头在里面走提出信号。 8：如何安装球栅尺 球栅尺的安装是十分简单的，一般是将球栅尺两端用专用支架固定在机 床上。读数头固定在机床的走刀架上，与球栅尺做相对运动。有时小机床也可把 读数头固定、球栅尺做运动。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理工作原理光栅位置检测装置由光源、长光栅( 标尺光栅) 、短光栅( 指示光栅) 和光电元件等组成见下图。
根据光栅的工作原理分透射直线式和莫尔条纹式光栅两类。
1 ．透射直线式光栅如下图所示。
它是用光电元件把两块光栅移动时产生的明暗变化转变为电流变化的方式。
长光栅装在机床移动部件上，称之为标尺光栅；短光栅装在机床固定部件上，称之为指示光栅。
标尺光栅和指示光栅均由窄矩形不透明的线纹和与其等宽的透明间隔组成。
当标尺光栅相对线纹垂直移动时，光源通过标尺光栅和指示光栅再由物镜聚焦射到光电元件上。
若指示光栅的线纹与标尺光栅透明间隔完全重合，光电元件接收到的光通量最小。
若指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹完全重合，光电元件接收到的光通量最大。
因此，标尺光栅移动过程中，光电元件接收到的光通量忽大忽小，产生了近似正弦波的电流。
再用电子线路转变为数字以显示位移量。
为了辨别运动方向，指示光栅的线纹错开 1／ 4 栅距，并通过鉴向线路进行判别。
由于这种光栅只能透过单个透明间隔，所以光强度较弱，脉冲信号不强，往往在光栅线较粗的场合使用。
2 ．莫尔条纹式光栅莫尔条纹的形成与光栅常数—栅距及光的波长有关，在栅距大小与波长十分接近时，莫尔条纹可由衍射光的干涉现象来解释。
而在栅距较波长大得多的场合( 粗光栅) ，衍射现象已不十分明显，莫尔条纹的产生则由于栅线遮光作用，故可用几何光学来说明。
在现场常见的是后一种光栅，现以此为例子加以介绍。
下图所示是用栅格斜置的长光栅，图中作为标尺光栅的栅线和X 轴垂直，而作为指示光栅的栅线与标尺光栅之间有一个小的倾斜角臼，两者间形成透光的( 图中a) 和不透光的( 图中b) 菱形条纹。
当两光栅沿X 轴作相对移动时，条纹将沿栅线方向移动( 横向莫尔条纹) 。
每变化一个栅距，透光部分将由 a 处移到b 处，a 处则完全遮断，于是在a 、b 两处轮流处于透光和遮光状态。
若在。
处放置一个光敏元件，则其上的光通量将随栅格的相对移动而呈三角形变化。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理一、概述光栅尺是一种测量装置，广泛应用于数控机床、加工中心、测量机器人等领域，用于测量物体的位置和运动。
光栅尺工作原理基于光学干涉原理，通过光栅尺上的光栅条纹与读取头的光电探测器之间的相互作用，实现高精度的位置测量。
二、基本结构光栅尺由光栅条纹、玻璃基板和保护层组成。
光栅条纹是光栅尺的核心部件，由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成。
玻璃基板用于固定光栅条纹，而保护层则用于保护光栅条纹免受外界环境的影响。
三、工作原理1. 光栅尺的发射端发出一束平行光线，经过透明条纹和不透明条纹的交替作用后，形成一系列光强的变化。
这些光强的变化对应着光栅条纹的周期性结构。
2. 读取头上的光电探测器接收到光栅尺发出的光线，并将光线转换为电信号。
光电探测器的输出信号幅度与接收到的光强有关，而光强的变化又与光栅条纹的周期性结构有关。
3. 通过对光电探测器输出信号进行处理，可以得到光栅尺上光栅条纹的信息。
根据光栅条纹的周期性结构，可以计算出物体的位置和运动。
四、精度和应用光栅尺的测量精度取决于光栅条纹的周期性结构和读取头的精度。
一般来说，光栅尺的分辨率越高，测量精度就越高。
目前市场上的光栅尺分辨率可以达到亚微米级别。
光栅尺广泛应用于各种需要高精度位置测量的场合，如数控机床、加工中心、测量机器人等。
它可以实时监测物体的位置和运动，为自动化生产提供准确的反馈信息。
五、优点和注意事项1. 高精度：光栅尺可以实现亚微米级别的位置测量精度，适用于对位置要求较高的应用场合。
2. 高稳定性：光栅尺的测量结果受外界环境的影响较小，具有较高的稳定性。
3. 可靠性：光栅尺采用光学原理进行测量，无接触、无磨损，寿命长，可靠性高。
4. 安装要求：安装光栅尺时需要保证光栅尺与被测物体之间的相对位置稳定，以确保测量的准确性。
在使用光栅尺时，需要注意以下事项：1. 防尘保护：光栅尺上的光栅条纹非常精细，容易受到灰尘和划伤的影响，因此需要做好防尘保护工作。
光栅尺和磁栅尺
拾磁磁头是一种磁电转换装置，用来把磁性标尺上的磁化信号检测 出来变成电信号送给检测电路。根据数控机床的要求，为了在低速运 动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。磁通响应 型磁头是一个带有可饱和铁心的磁性调制器。它由铁心、两个串联的 励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成，如图4-15所示。
图4-10 透射光栅组成示意图
常见的透射光栅线密度为 50条/毫米、100条/毫米、 200条/毫米。其 缺点是：玻璃易破裂，热胀系数与机床金属部件不一致，影响测量精 度。在金属的镜面上制成全反射与漫反射间隔相等的线纹，称为反射 光栅。
反射光栅的特点：标尺光栅的膨胀系数易做到与机床材料一致；安装
在机床上所需要的面积小，调整也很方便；易于接长或制成整根标尺光
2 光栅尺位移数字变换系统 光栅测量系统的组成示意图如图4-12所示。光栅移动时产生的莫尔 条纹由光电元件接受，然后经过位移数字变换电路形成顺时针方向的 正向脉冲或者反时针方向的反向脉冲，输入可逆计数器。下面将介绍 这种四倍频细分电路的工作原理，并给出其波形图。
图4-12 光栅测量系统组成示意图
图4-13中的a、b、c、d是四块硅光电池，产生的信号在相位上彼此 相差90度，a、b信号是相位相差180度的两个信号，送入差动放大器 放大，得到正弦信号。将信号幅度放大到足够大。
1．磁性标尺
磁性标尺通常采用热膨胀系数与普通钢相同的不导磁材料做基体， 镀上一层 10μm～30μm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜。再用录磁 磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，作为测量基准，信号可 为正弦波、方波等。节距通常有 0.05mm、0.1mm、 0.2mm，最后在磁 尺表面还要涂上一层1μm～2μm厚的保护层，以防止磁头与磁尺频繁接 触而引起磁膜磨损。
光栅尺原理图
光栅尺工作原理
光栅尺是通过摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器.光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。
玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。
一般情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。
当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波.输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子
信号细分处理分辨率可为5um或1um光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。
经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
光栅尺工作原理与基础理论
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。
光栅尺的工作原理
若ω =0．01mm，θ=0.01rad，则上式可得W=1，即光栅放大了100倍。
(3)均化误差作用
莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成，例如每毫米100线的 光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之 间的相邻误差就被平均化了，消除了由于栅距不均匀、断裂 等造成的误差。/
光栅尺按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和 反射光栅。
结构
光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅 一般固定在机床固定部件上，光栅读数头装在机床活动部件 上，指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的 结构。
光栅检测装置结构光栅检测装置的关键部分是光栅读数 头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构 等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和 使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像 式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头）。
工作原理
莫尔条纹
以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹 之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时， 在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的 条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” (右图所示)。严格地说， 莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。 莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的 宽度，以W表示
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ
（1)莫尔条纹的变化规律
两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射 与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅 相对位移的栅距数同步。
(2)放大作用
在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角 θ之间有下列关系。式中，θ的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很 小，sinθ特机电设备有限公司
光栅尺与电子尺的区别
光栅尺与电子尺的区别一、1.工作原理光栅尺：光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅即标尺光栅和副光栅即指示光栅进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间或明暗相间的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。
经过光电器件转换使黑白或明暗相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示电子尺：用改变阻值的线性变化量达到量测目的。
2.输出方式光栅尺：方波三路A、B、Z;六路 ;正弦 ;后端要配显示表或PLC电子尺：0~10V、4~20mA、0~5V3.工作电压光栅尺：±5V电子尺：最大60V电压4.工作温度光栅尺：-10 ~ +45℃电子尺： -60~150℃5.线性度光栅尺：测量准确度：±6µm/m～±10µm/m电子尺：±0.01%或±0.05%6.响应频率光栅尺：运行速度：100M/Min电子尺：位移速率: 4m/S~10m/S PKH7.重复性光栅尺：0mm电子尺：0.01mm二、电子尺电子尺又称直线位移传感器，电阻尺，适用于注塑机，木工机械，印刷机，喷涂，机床，机器人，工程监测电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。
导电塑料电位计电压分配器，电子尺在五十年代后期面世，并被广泛应用于汽车、注塑机、木料加工机和现代不同的行业。
传感器价格相对便宜，低温度变化，低扭矩操作和高速应用是导电塑料技术的独有特征。
导电塑料电阻尺MINOR的使用寿命已经可以达到上亿次，已经可以满足大多高速的工业设备的需要，是今后的发展主流方向。
三、光栅尺光栅尺位移传感器简称光栅尺，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。
光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。
其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
光栅尺原理
光栅的工作原理: 物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的
指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉
光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，（透明区域面积变大）挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带
距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，（不透明区域面积逐渐变大），即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带
大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅（grating）。
一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。
精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅成为反射光栅。
光栅尺工作原理及基础理论
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。
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光栅尺工作原理
光栅尺是通过摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器.光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。
玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。
一般情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。
当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波.输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子
信号细分处理分辨率可为5um或1um光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。
经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。