光栅尺原理课件
光栅的工作原理
光栅的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/sinθ（4—15）当角很小时，取sinθ≈θ，上式可近似写成W=d/θ（4—16）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。
图4-9 光栅工作原理点击进入动画观看光栅工作原理示意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La,Lb,LC,LD表示，见图4-9(c)。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理
1什么是光栅尺
光栅尺是一种非常常见的测量设备，它在现代技术，工程和制造领域中都有应用，包括机械，电子以及其它各个领域。
它可以读取和记录物品表面的形状，大小和位置。
光栅尺由两个机械部件，变化器和滑条组成，它们的相对位置可以提供精确的测量数据。
2原理
光栅尺的工作原理是反射光，它通过反射传感器检测到变化器上物体表面的微小变化。
当变化器与物体接触时，传感器就会检测出变化器上物体表面的变化，当变化器移动时，传感器就会通过反射来检测物体表面的变化，这些变化就可以被记录下来。
3应用
光栅尺用于检测和测量物体的表面，可用于造型机械或机床的质量检测，还可用于计算机辅助设计（CAD/CAM）的机械加工工程。
它可以用来测量小型部件的尺寸，甚至能够精确测量工作台面上的凹凸。
几乎所有的机械加工和制造技术都可以使用光栅尺。
4仪器组件
由变化器，光生成部件，光学传感器，伺服机构等几个主要组成部件组成的光栅尺仪器存在较大的功能。
变化器负责探测测量物品表
面的凹凸；光源和传感器用来检测和反射光，及时记录测量物品表面的形状；伺服机构用来与被测物进行移动，保证测量的精度。
5小结
光栅尺是一种非常有效的测量设备，由变化器，光源，传感器和伺服机构等部件组成。
其工作原理是通过反射传感器检测和读取变化器上物品表面的变化，记录下物体的表面形态，大小以及位置。
因其精度高，灵敏度强，可以将其成功运用于机械加工，质量检测，CAM等领域中。
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物体位置和运动的精密测量仪器。
它利用光的干涉原理来实现高精度的测量。
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由光栅条和读取头组成。
光栅条是由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成的，这些条纹被刻在一个透明的基底上。
读取头包含一个光源和一个光电探测器。
二、光栅尺的测量原理1. 光栅尺的工作过程光栅尺通过光栅条上的透明和不透明条纹来产生干涉。
当光源照射到光栅条上时，透明条纹和不透明条纹会形成一系列的亮暗交替的光斑。
这些光斑经过透射后，被读取头中的光电探测器接收。
2. 干涉原理光栅尺利用光的干涉原理来测量物体的位置和运动。
当光通过光栅条时，光的波长与光栅条的周期相比，会产生干涉现象。
根据干涉现象的性质，可以测量出物体的位置和运动。
3. 光栅尺的测量精度光栅尺的测量精度取决于光栅条的周期和读取头的分辨率。
光栅条的周期越小，测量精度越高。
而读取头的分辨率越高，测量精度也越高。
三、光栅尺的工作过程1. 光源发出的光线经过透明条纹和不透明条纹的交替干涉后，形成一系列的亮暗交替的光斑。
2. 这些光斑经过透射后，被读取头中的光电探测器接收。
光电探测器将光信号转换为电信号。
3. 读取头将电信号传输给测量系统，测量系统通过对电信号进行处理，可以得到物体的位置和运动信息。
四、光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于各种精密测量领域，如机械加工、半导体制造、精密仪器等。
它具有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点。
五、光栅尺的优缺点1. 优点：- 高精度：光栅尺具有非常高的测量精度，可以达到亚微米甚至纳米级别的精度。
- 高稳定性：光栅尺在测量过程中具有很好的稳定性，不受温度和湿度的影响。
- 高分辨率：光栅尺的读取头具有很高的分辨率，可以实现精确的位置和运动测量。
2. 缺点：- 昂贵：光栅尺的制造成本较高，因此价格相对较高。
- 对环境要求高：光栅尺对环境的要求较高，需要在洁净、稳定的环境下使用。
光栅尺的工作原理和应用
光栅尺的工作原理和应用1. 简介光栅尺是一种测量长度和位置的装置，它利用光学的原理来实现非接触式测量。
光栅尺由光栅、读头和信号处理电路组成，广泛应用于机械加工、精密仪器、半导体制造等领域。
2. 工作原理光栅尺的基本工作原理是：利用光栅的周期性排列结构，通过光学测量的方式来测量位移或长度。
2.1 光栅光栅是由一系列等距的刻线组成的透明玻璃或光学划线，通常有平行的透明和不透明部分。
光栅的刻线间距称为“栅距”，栅距决定了光栅尺的测量精度。
2.2 读头读头是光栅尺的另一个重要组成部分，它通过接收光栅尺发出的光信号，并将其转化为电信号。
2.3 信号处理电路信号处理电路负责处理由读头接收到的电信号，将其转化为有用的测量值，并进行相应的校准和误差补偿。
3. 应用光栅尺具有高精度、高可靠性、高稳定性等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。
3.1 机械加工在机械加工中，光栅尺可用于测量机床的位置和运动轨迹，实现精密的加工控制。
例如，在数控机床上，通过光栅尺精确测量工件的位置，可以实现高精度的切削操作。
3.2 精密仪器在精密仪器领域，光栅尺常用于测量仪器的移动和位置。
通过光栅尺进行测量，可以实现微米级别的精度。
3.3 半导体制造在半导体制造中，光栅尺被广泛应用于曝光机、划片机等设备中，以测量和控制设备的运动轨迹和位置，保证制造过程的精度和稳定性。
3.4 其他应用除了上述应用领域，光栅尺还可以应用于光学仪器、医疗设备、航空航天等领域。
光栅尺的高精度和非接触式测量特性使其适用于需要高精度测量的各种场合。
4. 总结光栅尺通过利用光学原理实现了非接触式的测量，具有高精度、高可靠性和高稳定性等优点。
在机械加工、精密仪器、半导体制造等领域具有广泛应用。
随着科技的不断进步，光栅尺的应用领域将进一步扩大，为各个行业提供更准确、更稳定的测量和控制手段。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理光栅尺是一种精密测量仪器，广泛应用于机械加工、自动化控制等领域。
它通过测量光栅尺上的光栅条纹来确定位置和位移，具有高精度、高分辨率和稳定性的特点。
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纹、读头和信号处理电路组成。
光栅条纹是由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成，它们交替排列在光栅尺的刻线上。
读头是由光电二极管和检测电路组成，用于接收光栅条纹的光信号并将其转换为电信号。
信号处理电路负责对读头输出的电信号进行放大、滤波和数字化处理。
二、光栅尺的工作原理1. 光栅尺的发射原理光栅尺的读头发射一束平行光，这束光通过光栅条纹时，会发生光的衍射现象。
根据光的波动性质，光栅条纹上的透明和不透明条纹会改变光的相位，形成一系列相位差，进而形成衍射光栅。
2. 光栅尺的接收原理光栅尺的读头接收经过光栅条纹衍射后的光信号。
光电二极管将光信号转化为电信号，并通过检测电路进行放大和滤波，最终输出为模拟电压信号。
3. 光栅尺的信号处理原理光栅尺的信号处理电路对读头输出的模拟电压信号进行放大、滤波和数字化处理。
放大电路将模拟电压信号放大到合适的幅度，以便后续处理。
滤波电路则通过滤波器去除噪声和干扰，保证信号的准确性。
数字化处理电路将模拟电压信号转换为数字信号，以便后续的计算和控制。
4. 光栅尺的位置和位移测量原理光栅尺的光栅条纹上的透明和不透明条纹之间的间距是固定的，称为光栅周期。
通过测量光栅条纹上的光信号，可以确定位置和位移。
光栅尺的读头将光信号转化为电信号后，信号处理电路会对电信号进行处理，得到一个与位置和位移相关的数字量。
5. 光栅尺的分辨率和精度光栅尺的分辨率是指能够测量的最小位移量，通常以每个光栅周期内的光信号变化次数来表示。
光栅尺的精度是指测量结果与实际值之间的偏差，受到光栅尺本身和读头的精度、温度变化等因素的影响。
三、光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于机械加工、自动化控制和精密测量等领域。
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。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种常用于测量和定位的精密光学测量仪器，其工作原理基于光的干涉和衍射现象。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
1. 光栅的基本结构光栅尺由一系列平行罗列的光栅线组成，光栅线之间的间距非常小，通常在几微米到几十微米之间。
光栅线的宽度和间距相等，形成为了一系列等宽的透明和不透明区域。
2. 光的干涉现象当光线通过光栅尺时，会发生干涉现象。
光线通过光栅线的透明区域时，会继续传播，而通过不透明区域时，会被阻挡。
这种透明和不透明的交替现象会导致光的干涉。
3. 光的衍射现象光线通过光栅尺的过程中，会发生衍射现象。
当光线通过光栅尺时，会发生弯曲和扩散，形成一系列的衍射波。
这些衍射波会相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
4. 光栅尺的读取原理光栅尺的读取原理基于干涉条纹的变化。
光栅尺上的光栅线会与测量对象发生相对运动，当测量对象挪移时，干涉条纹的位置会发生变化。
通过测量干涉条纹的位置变化，可以确定测量对象的位置。
5. 光栅尺的工作方式光栅尺通常与光源和光电探测器组成闭环反馈系统。
光源会发出一束光线照射到光栅尺上，经过干涉和衍射后，光线会被光电探测器接收。
光电探测器会将接收到的光信号转换成电信号，并传送给控制系统进行处理。
6. 光栅尺的测量精度光栅尺的测量精度取决于光栅线的间距和光源的波长。
间距越小，测量精度越高。
而波长越短，测量精度也越高。
通常，光栅尺的测量精度可以达到亚微米级别。
7. 光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于机械加工、精密定位、机器人控制等领域。
例如，在数控机床中，光栅尺可以用于测量工件的位置，实现高精度的加工控制。
在机器人控制系统中，光栅尺可以用于测量机器人的位置和姿态，实现精确的运动控制。
总结：光栅尺是一种基于光的干涉和衍射现象的精密测量仪器。
通过光栅线的干涉和衍射，可以实现对测量对象位置的精确测量。
光栅尺具有高精度、稳定性好和快速响应等优点，被广泛应用于机械加工、精密定位和机器人控制等领域。
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。
加工中心光栅尺原理及使用
加工中心光栅尺原理及使用一、光栅尺的基本原理和结构光栅尺是一种位置检测元件，其工作原理是利用光电转换将位移量转换为电信号。
在加工中心中，光栅尺常用于高精度测量和位置反馈。
光栅尺由标尺光栅和指示光栅组成。
标尺光栅通常固定在机床本体上，而指示光栅则与机床工作台或刀具相连。
当机床移动时，指示光栅会与标尺光栅产生相对位移，导致光束通过或遮断，从而产生电信号。
二、加工中心光栅尺的应用场景和优势光栅尺广泛应用于加工中心，特别是在需要高精度定位和加工的场合。
相比于其他位置检测元件，光栅尺具有以下优势：1.高精度：光栅尺的分辨率可以达到微米级别，可以满足大多数高精度加工的需求。
2.长寿命：由于采用非接触式测量，光栅尺的使用寿命较长，且不易受到磨损和污染。
3.响应速度快：光栅尺的信号处理速度较快，可以快速检测机床的位置信息。
4.可靠性高：光栅尺的机械结构相对简单，可靠性较高。
三、光栅尺信号检测与处理光栅尺产生的电信号需要进行检测和处理，以获取位移信息。
常用的信号检测方法有透射式和反射式两种。
透射式是通过测量透射光的强度来获取位移信息，而反射式则是通过测量反射光的强度来获取位移信息。
四、常见故障及排除方法在使用过程中，光栅尺可能会出现一些故障，常见的故障及排除方法如下：1.信号异常：可能是由于标尺光栅或指示光栅的污染、松动或破损导致的。
应检查光栅尺的清洁状况和固定情况，如有需要应进行清洗或更换。
2.误差过大：可能是由于机械振动、热变形或外界干扰导致的。
应检查机床的机械系统和环境条件，尽可能减少这些因素的影响。
3.读数异常：可能是由于信号处理电路的故障或电源问题导致的。
应检查电路和电源是否正常，如有需要应进行维修或更换。
五、维护与保养措施为了保持光栅尺的性能和精度，应定期进行维护与保养：1.清洁：定期清洁标尺光栅和指示光栅，保持其表面干净无污垢。
2.检查：定期检查光栅尺的安装情况，确保其牢固可靠，无明显松动。
3.校准：定期对光栅尺进行校准，确保其测量精度符合要求。
《光栅尺信号与接口》课件
信号放大
转换后的电信号通常比较 微弱，需要进行放大以方 便后续处理。
滤波处理
为了消除噪声和干扰，需 要对采集到的信号进行滤 波处理。
光栅尺信号的处理方法
幅值检测法
通过检测光栅尺信号的幅值来 确定位移和位置。
相位比较法
通过比较两个光栅尺信号的相 位差来确定位移和位置。
频率检测法
通过检测光栅尺信号的频率变 化来确定速度和加速度。
光栅尺的测量精度高，测量范围广，广泛应用于各种自动化 设备和精密测量领域。
光栅尺的分类
根据工作原理，光栅尺可分为直线光 栅尺和圆光栅尺。直线光栅尺用于测 量直线位移，圆光栅尺用于测量角度 和旋转位移。
根据测量精度，光栅尺可分为普通光 栅尺和精密光栅尺。普通光栅尺的测 量精度为0.01mm，精密光栅尺的测 量精度可达到微米甚至纳米级别。
随着物联网和智能化技术的不断发展，智能化、网络化的光栅尺成为了一个重要的趋势。
详细描述
智能化、网络化的光栅尺能够实现远程监控、数据自动采集和分析等功能，提高了测量的便利性和实 时性。这种光栅尺通过集成各种传感器和通讯模块，能够实现与各种工业自动化系统的无缝对接。
可靠性、稳定性的挑战
总结词
光栅尺在应用过程中面临着各种复杂的环境和条件，因此可靠性、稳定性是光栅尺的一个重要挑战。
总结词
随着工业自动化和测量技术的不断发展，高精度、高分辨率的光栅尺成为了一个 重要的发展趋势。
详细描述
高精度、高分辨率的光栅尺能够提供更高的测量 精度和分辨率，满足各种高精度 测量和制造的需求。这种光栅尺采用了先进的材料、制造工艺和信号处理技术， 提高了测量精度和稳定性。
智能化、网络化的光栅尺
总结词
光栅尺产生的信号具有明 显的周期性特点，每个周 期对应于光栅尺的一个刻 度。
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
光栅尺位移传感器本理简介及维护注意事项之阳早格格创做一、光栅尺是什么？轨讲中间的黄色金属条，与其对于应部位，正在移载台底部拆有光读头定义：光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光教本理处事的丈量反馈拆置.光栅尺位移传感器时常应用于机床与当前加工核心以及丈量仪器等圆里，可用做曲线位移大概者角位移的检测.其丈量输出的旗号为数字脉冲，具备检测范畴大，检测粗度下，赞同速度快的特性.二、光栅尺的分类、构制1）分类：光栅尺位移传感器依照制制要领战光教本理的分歧，分为透射光栅战反射光栅.●透射光栅指的玻璃光栅.●反射光栅指的钢戴光栅2）结构：光栅尺位移传感器是由标尺光栅战光栅读数头二部分组成.标尺光栅普遍牢固正在机床活动部件上，光栅读数头拆正在机床牢固部件上，指示光栅拆正在光栅读数头中.下图所示的便是光栅尺位移传感器的结构.三、光栅尺的处事本理？罕睹光栅的处事本理皆是根据物理上莫我条纹的产生本理举止处事的.（闭于莫我条纹的本理，可参照相闭文件）简朴的道：光读头通过检测莫我条纹个数，去“读与”光栅刻度，而后再根据启动电路的效率，估计出光栅尺的位移战速度.莫我条纹四、光栅尺的维护1）尽大概中加呵护罩，并即时浑理溅降正在尺上的切屑战油液，庄重预防所有同物加进光栅尺传感器壳体里里.2）定期查看各拆置联交螺钉是可紧动、定期使用搞燥的净净布揩拭表.3）光栅尺位移传感器宽禁剧烈振动及摔挨、踏踏，免得益害光栅尺，如光栅尺断裂，光栅尺传感器即做兴了.4）没有要自止拆启光栅尺位移传感器，更没有克没有及任性改换主栅尺与副栅尺的相对于间距，可则一圆里大概益害光栅尺传感器的粗度；另一圆里还大概制成主栅尺与副栅尺的相对于摩揩，益坏铬层也便益坏了栅线，以而制成光栅尺报兴.5）应注意预防油污及火传染、硬物划伤光栅尺里，免得益害光栅尺线条纹分散，引起丈量缺面.6）光栅尺位移传感器应尽管预防正在有宽沉腐蚀效率的环境中处事，免得腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，益害光栅尺品量.。
第7章光栅ppt课件
零位光栅
零位光栅透过的光能量
作业
7.1，7.2，7.7
1、一对均为50 lp/mm的光栅尺组成横向莫尔条纹测 量装置，有四列信号输出，光电接受管的直径为 1mm，两光栅的夹角至少应该有多大？如果单刻线 的误差为 ±1μm，光电接受管的平均误差是多少？
2、莫尔条纹法进行几何测量有什么优点？光栅莫尔 条纹测量装置，一般为什么有四列信号输出？
处理方法：将0～360o分为 8个区，每个区间各占45o。 单片机采集正、余弦信号的A/D值，并对其进行正、 负及绝对值大小的判断，由此可唯一确定每个区间。
在1、4、5、8区间用tgθ查表细分，在2、3、6、7 区间用ctgθ查表细分,而由tgθ和 ctgθ的性质可知，只需 在0～45o 范围造表细分。用基数加上或减去查表值即 可求得不同区间的细分值。
1—绝对式编码器 2—电动机 3—转轴 4— 转盘 5—工件 6—刀具
数控加工中心
编码器在数控加工中心的 刀库选刀控制中的应用
角编码器与旋转刀库连接 刀具
旋转刀库
角编码器的输出为当前刀具号 被加工工件
用不同的刀具加工复杂的工件
编码器在伺服电机中的应用
利用编码器测量伺服电 机的转速、转角，并通 过伺服控制系统控制其 各种运行参数。
莫尔条纹是周期函数。
长光栅光闸莫尔条纹
播放动画
（3）测量原理
主光栅相对指示光栅移动一个栅距，莫尔条纹移动一个条 纹间距。莫尔条纹将光栅位移信息转换成光强随时间的变化。 只要计测条纹移过的个数 n，便可计算出光栅的位移量L，即
Lnq
（7-38）
式中 q=d 为量化单位，表示每移动一条纹所对应的长度量；δ 是不足一周期的移动量所对应的位移量。
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传感器。
它由一个光栅和一个光电检测器组成。
光栅是由一系列等距的透明和不透明线条组成的，通常以纳米级的精度创造。
当光线照射到光栅上时，透明和不透明线条之间会产生干涉效应，形成光强的周期性变化。
光电检测器是一个能够将光信号转换为电信号的装置。
它通常由光敏电阻、光电二极管或者光电管组成。
当光栅上的光线照射到光电检测器上时，光电检测器会将光信号转换为电信号，并输出一个与光强变化相关的电压信号。
光栅尺的工作原理基于光栅上的干涉效应。
当物体挪移时，光栅尺也会随之挪移。
光栅尺上的光线经过物体反射或者透过后，会受到干涉效应的影响，从而改变光强的周期性变化。
光电检测器会检测到这种光强的变化，并将其转换为电信号。
通过测量电信号的变化，可以确定物体的位置和运动。
为了提高测量的精度，光栅尺通常采用差动测量方式。
差动测量方式利用两个光栅和两个光电检测器，分别安装在物体的两端。
当物体挪移时，两个光栅上的光线经过物体反射或者透过后，会产生两个不同的干涉效应。
通过比较两个光电检测器输出的电信号，可以消除环境因素对测量结果的影响，提高测量的准确性。
光栅尺具有高精度、高分辨率、长寿命和抗干扰能力强的特点，广泛应用于机械创造、自动化控制、数控机床、半导体设备等领域。
它可以实时监测物体的位置和运动状态，为精密加工和自动控制提供准确的反馈信号。
同时，光栅尺还可以通过计算机或者控制器进行数据处理和分析，实现更复杂的功能和应用。
总结起来，光栅尺是一种基于光栅干涉效应的传感器，通过测量光强的周期性变化来确定物体的位置和运动。
它具有高精度、高分辨率和抗干扰能力强的特点，广泛应用于各个领域。
通过不断的技术创新和发展，光栅尺在精密测量和自动控制方面的应用将会更加广泛和深入。
光栅尺位移传感器的工作原理
光栅尺位移传感器的工作原理光栅尺位移传感器，听起来是不是挺高大上的？其实它的工作原理并没有那么复杂，咱们就来聊聊这个有趣的小家伙。
光栅尺嘛，说白了就是利用光线来测量位移。
想象一下，咱们在阳光明媚的日子里，光线照射在一个带有条纹的透明塑料片上，哎呀，那些条纹就像小河里的波浪一样，闪闪发光。
这个光栅尺的工作原理其实就是利用了这些光线的变化来判断物体的位置。
你知道吗，光栅尺的核心是一个精密的光栅，也就是那些小小的条纹。
当光线射到这些条纹上时，光线会被折射和干涉，形成一种光的图案。
这个图案就像我们在沙滩上看到的那些美丽的贝壳，五彩斑斓、各不相同。
通过检测这些光的变化，传感器就能准确地判断出物体的位移，真是神奇得不得了！想象一下，你在做一个精密的机器，得确保每一个部件都在正确的位置上。
要是没有光栅尺，咱们可能就像在黑暗中摸索，根本找不到方向。
有了光栅尺，简直就像是打开了新世界的大门。
它能实时监测位置变化，确保每个零件都能在合适的时机做出反应，生怕错过哪一个细节。
就像是高手做饭，调料一点都不能多，这可关系到整道菜的成败。
光栅尺的应用可广泛了，工业生产、机械加工、自动化控制，甚至是一些高科技的领域，都离不开它的身影。
想象一下，工厂里那些高速运转的机器，咔嚓咔嚓的声音，正是因为有光栅尺的精准测量，才不会出现大问题。
别小看这个小小的传感器，它可是整个生产线上的“千里眼”，无时无刻不在为你把关。
光栅尺也有它的小脾气，比如它对环境的要求比较高。
过于恶劣的环境，比如强烈的震动、灰尘、油污等，都会影响到它的测量精度。
这就好比你家里的植物，阳光充足、水分适中，它们才能茁壮成长。
要是环境不行，那就得另当别论了。
所以在选用光栅尺的时候，得考虑好周围的环境条件。
此外，光栅尺的分辨率也非常重要。
分辨率就像是咱们看东西的清晰度，越高的分辨率，测量就越精准。
如果分辨率不够，可能测出来的位移数据就像是马虎的学生写的字，稀里糊涂，一点都看不清楚。
光栅尺原理
崑山科技大學機械工程系光學尺原理的探討本專題在於探討光學尺Linear scaler(亦稱為線性編碼器Linear encoder)，目的為了解光學尺的原理及組裝，將微米（1μm）解析度的光學尺組裝在氣浮XYZ平台上作為三次元量測之用。
光學尺之主副尺是利用玻璃製透明板所構成，上刻有具有相當多等間隔之平行線，較長一片固定不動稱為主尺，另外一片則可移動稱為副尺。
當光源經瞄準透鏡聚光後，再經副尺及主尺，而直射光偵測器，光偵測器如只一個，只能量測位移量，光偵測器如有二個，則可進行電路分割，並能察知位移為向左或向右，目前通常光偵測器都增為四至八個， 可以做信號分割處理以得到很精密的量測結果。
四個光偵測器所接收到的光強度受副尺及主尺交錯時產生的明暗變化所影響，明暗帶橫向移動較副尺移動為快，因此光偵測器受光感應產生迅速變化，信號經放大及修正整形後即可顯示出來。
原氣浮式三次元量測儀購於 １９８５年１０月，其中主要位移感測元件光學尺，因使用年限問題，經常損壞，且已無零件可維修。
原購置之軟體亦不符合現代資訊時代之要求，本專題收集光學尺資料並探討光學尺原理，作為氣浮式三次元量測儀之光學尺更新及軟體開發之研製準備。
關鍵字光學尺(Linear scaler)線性編碼器(Linear encoder)三次元量測儀(Corordinate Measuring Machine，CMM)經歷這一年六個月的努力，從文獻資料的參考到原理的應用以致結論的分析，而從中探討問題點的存在與找尋問題的結論和解決問題，更從中體悟人與人之間，團結就是力量的那一份真誠，以及分工合作的精神。
除此之外，我們更要感謝專題指導老師－李振發老師的熱心指導，以及研究生張友倫學長的熱心支持，才能促使本專題能順利完成。
在專題製作的這段期間，有賴整組同學的互相合作下，終於能如期的完成。
此外，也感謝許多不吝給予我們協助的同學及朋友，再此也一併感謝。
中文摘要 (I)誌謝 (II)目錄 (III)第1章序論 (1)研究動機 (1)文獻回顧 (1)貢獻 (2)第2章簡介 (3)三次元量測儀 (3)光學尺 (5)第3章光學尺的原理 (6)光學尺 (6)光學尺輸出訊號之原理 (10)編碼器的原理 (12)光學編碼器之原理 (15)光柵的製作原理 (17)第4章光學尺於三次元量測儀的組裝準備 (19)光學尺組裝之位置 (19)第5章結論與未來研究建議 (23)結論 (23)研究建議 (23)第一章 序論1.1 研究動機將老舊氣浮式床台三次元座標量測機之光學尺更新，以免原氣浮式床台三次元座標測量機報廢，並可作為三次元量測自動化之研究。
光栅尺的原理
光栅尺的原理
光栅尺是一种用于测量距离的精密仪器，其原理基于光学干涉的原理。
光栅尺由透明的玻璃或塑料片制成，表面上有许多平行的刻线，每一条刻线之间的距离都相等，这个距离称为光栅常数。
当一束光照射到光栅尺上时，光线会分裂成若干条光线，这些光线会沿着不同的方向发生衍射。
由于相邻的刻线间距相等，所以衍射光线之间存在相干干涉，最终会形成一系列明暗交替的干涉条纹。
通过测量干涉条纹的数量或者干涉条纹的移动距离，可以计算出两个物体之间的距离。
由于光栅尺的制造工艺已经相当成熟，因此它在各种工业和科学领域中得到了广泛的应用。
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B 因为θ很小，则
W 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。
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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。
的时间不一样，光电元件的电信号虽然波形一样，但相位相差1/4 周期。根据各光电元件输出信号的相位关系，就可确定指示光栅 移动的方向。
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光栅的特点 1. 有很高的检测精度。现在光栅的精度可达微米级，再 经细分电路可以达到0.1微米。 2. 响应速度较快，可实现动态测量，易于实现检测及数 据处理的自动化控制。 3. 对使用环境要求高，怕油污、灰尘及振动。 4. 由于标尺光栅一般较长，故安装、维护困难，成本高。
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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
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（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。
一、光栅尺
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直线透射式光栅 1. 组成 由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，光栅读数头包括光源、透镜、
光电元件、指示光栅等。如图所示。 标尺光栅和指示光栅也可称为长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。
长光栅可安装在机床的固定部件上（如机床床身），其长度应等于工 作台的全行程；短光栅长度较短，随光栅读数头安装在机床的移动部 件上。
光栅位置检测装置的组成 1—光源 2—透镜 3—标尺光栅4—指示光栅 5—光电元件 2
2. 工作原理
在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并保持0.01 至0.1mm的间隙，指示光栅相对标尺光栅在自身平面内旋转一个 微小的角度θ。当光线平行照射光栅时，由于光的透射和衍射效 应，在与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上，会出现明 暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔条纹，如图所示。
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光电脉冲编码器 光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距 相等的缝隙，在其两面分别装有光源和光敏元件 ，当圆盘转动时，光线的明暗变化，经过光敏元 件检测变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。 编码器的输出信号有：两个相位差90°的信号， 用于辨向；一个零信号(又称一转信号)，用于机 床回参考点的控制；另外还有+5 V电源和接地端 信号。