光栅尺位移传感器原理简介及维护注意事项 一、光栅尺是什么？ 轨道旁边的黄色金属条，与其对 应部位，在移载台底部装有光读 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机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，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。 二、光栅尺的分类、构造 1）分类： 光栅尺位移传感器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。 ●透射光栅指的玻璃光栅. ●反射光栅指的钢带光栅 2）结构： 光栅尺位移传感器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 床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。下图所示的 就是光栅尺位移传感器的结构。
三、光栅尺的工作原理？ 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。（关于莫尔条纹的原理，可参考相关文献） 简单的说：光读头通过检测莫尔条纹个数，来“读取”光栅刻度，然后再根据驱动电路的作用，计算出光栅尺的位移和速度。 莫尔条纹 四、光栅尺的维护 1）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。 2）定期检查各安装联接螺钉是否松动、定期使用干燥的洁净布擦拭表。 3）光栅尺位移传感器严禁剧烈震动及摔打、踩踏，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光
栅尺传感器即失效了。 4）不要自行拆开光栅尺位移传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 5）应注意防止油污及水污染、硬物划伤光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 6）光栅尺位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
非接触光栅系统安装与使用指南 RGS20-S 、RGS40-S 光栅安装 (End Clamps) Renishaw （雷尼绍） 安装准备 1. 剪裁所需光栅，确保光栅的长度能满足行程的要求。请预留把光栅尺伸延至“起始”标记点。未到达标记点前，一定要避免光栅尺粘贴到表面上。确保光栅尺已粘贴到全行程的表面上。 安装过程中，避免扭曲及用力拖拽光栅尺。 图(1) 图(2) 除去端压块底部两边的胶纸。胶纸的作用是在胶水未稳固时临时固定端压块。 4. 把端压块粘贴到光栅尺的末端。 备注： 必须擦净端压块周边的多余胶水，否则读数头的信号会受影响。 型号端压块(End Clamps)所有型号的光栅上安装，并能多次重复使用。 RGA22G RGA245 RGA245 RGA22G
读数头安装 读数头设定 图(3) 图(3)是一个简单安装支架设计。螺丝(A) ---- 夹紧读数头，设定Pitch 参数螺丝(B) ---- 设定Yaw 参数和偏移螺丝(C) ---- 可设定Roll 参数 安装支架设定 固定读数头的托架，必须有平坦表面，能满足读数头安装上的机械公差。其次必须能调节读数头高度并有足够的稳定性，以预防在读数头工作期间所受到的所有外界影响。为了减少光栅的安装问题，在未使用光栅安装器(Scale Guide)粘贴光栅前，请先把机械托架的Roll 参数和Yaw 参数调节到读数头的误差范围内，可使用clock gauge 或precision square 完成设定。 对于RGH22、RGH26和RGH41，设定读数头的高度，可透过蓝色和或橙色的校准胶片放置于读数头和光栅尺之间，读数头的LED 安装指示灯显示绿色，表示安装正确。 橙色的校准胶片还可以帮助设定读数头相对于光栅尺的偏移和Yaw 参数 。 对于RGH24和RGH25读数头，设定只可透过蓝色校准胶片放置于读数头和光栅尺之间， 读数头的LED 安装指示灯显示绿色，表示安装正确。 读数头高度设定完成后，以缓慢的速度移动读数头，确保读数头的指示灯在光栅尺的整个行程内都保持绿色。RGB25和RGH41提供外置设定信号 (X 或Vx)，当LED 指示灯失效时，可提供另一个安装参考。外置设定信号是一个5 V 电源，信号为5 V 表示设定正确，当信号为0 V 时，表示需重新设定。 备注： 安装读数头的螺丝力矩大约在0.5 Nm 至0.7 Nm 之间。光栅尺、读数头的信号窗口和托架表面都必须保持清洁。 RGH22、RGH26和RGH41 设定读数头简介图 外置设定信号 RGH24和RGH25设定读数头简介图 LED 安装指示灯显示强度比例 警报信号：读数头接收信号低于15%
光栅与编码器介绍 位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。 光栅,现代光栅测量技术 简要介绍： 将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。 一、栅式测量系统简述 从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。测量长度从1m、3m 达到30m和100m。 二、光栅测量技术发展的回顾 计量光栅技术的基础是莫尔条纹（Moire fringes），1874年由英国物理学家L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺，也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺，光栅计量仪器才能为用户所接受，进入商品市场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直广泛应用至今。 德国Heidenhain公司1961年开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm（250线/mm）的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，能实现1微米和1角秒的测量分辨力。1966年制造出了栅距为20μm（50线/mm）的封闭式直线光栅编码器。在80年代又推出AURODUR工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅。并在光栅一个参考标
光栅尺的安装与调试 一、线性光栅尺选型 ①准确度等级的选择 数控机床配置线性光栅尺是了提高线性坐标轴的定值精度、再复定位精度，所以光栅尺的准确度等级是首先要考虑的，光栅尺准确度等级有±0.01mm、±0.005mm、± 0.003mm、±0.02mm。而我们在设计数控机床时根据设计精度要求来选择准确度等级， 值得注意的是在选用高精度光栅尺时要考虑光栅尺的热性能，它是机床工作精确度的关键环节，即要求光栅尺的刻线载体的热膨胀系数与机床光栅尺安装基体的热膨胀系数相一致，以克服由于温度引起的热变形。 另外光栅尺最大移动速度可达120m/min，目前可完全满足数控机床设计要求；单个光栅尺最大长度为3040mm，如控制线性坐标轴大于3040mm时可采用光栅尺对接的方式达到所需长度。 ②测量方式的选择 光栅尺的测量方式分增量式光栅尺和绝对式光栅尺两种，所谓增量式光栅尺就是光栅扫描头通过读出到初始点的相对运动距离而获得位置信息，为了获得绝对位置，这个初始点就要刻到光栅尺的标尺上作为参考标记，所以机床开机时必须回参考点才能进行位置控制。而绝对式光栅尺以不同宽度、不同问距的闪现栅线将绝对位置数据以编码形式直接制作到光栅上，在光栅尺通电的同时后续电子设备即可获得位置信息，不需要移动坐标轴找参考点位置，绝对位置值从光栅刻线上直接获得。 绝对式光栅尺比增量式光栅尺成本高20％左右，机床设计师因考虑数控机床的性价比，一般选用增量式光栅尺，既能保证机床运动精度又能降低机床成本。但是绝对式光栅尺开机后不需回参考点的优点是增量式光栅尺无法比拟的，机床在停机或故障断电后开机可直接从中断处执行加工程序，不但缩短非加工时间提高生产效率，而且减小零件废品率。因此在生产节拍要求格或由多台数控机床构成的自动生产线上选用绝对式光栅尺是最为理想的。 ③输出信号的选择 a.光栅尺的输出信号分电流正弦波信号、电压正弦波信号、TTL矩形波信号和TTL差动矩 形波信号四种，虽然光栅尺输出信号的波形不同对数控机床线性坐标轴的定位精度、重
ENC 150? ACU-RITE ? REFERENCE MANUAL
Page Introduction (2) Mounting Preparation (3) Mounting Information (4) Encoder Dimensions (5) Backup Spar Dimensions (6) Mounting Requirements (7) Typical Mounting (s) (8) Encoder Installation Procedure (9) Page Spar Installation Procedure (11) Checking your Installation (13) Electrical Shielding (14) Troubleshooting (15) Mechanical Specifications (16) Output Signals and Pin-Outs (17) Electrical Specifications (18) The ACU-RITE Warranty (19) ?Your Authorized ACU-RITE Distributor can assist you with your selection of these for your installation. 1ACU-RITE ?ENC150Table of Contents
The ENC 150 precision glass scale linear encoder provides the accuracy and reliability of an ACU-RITE measuring system with digital output (analog output available). Features and options include: ? Resolutions of .5, 1, 2, 5, or 10 μm.? Accuracy grades of ± 3, and ± 5 μm / 1000 mm.? Vinyl or Armor cables of 2, 5, 10, 15 and 20 ft. length.? Fasteners, center supports, and backup spars.?Brackets and accessories.Contact your Authorized ACU-RITE Distributor for assistance with the selection of product options and accessories.B)Backup Spar C)Reference Manual E)Linear Encoder Mounting Hardware F)Backup Spar Mounting Hardware ACU-RITE ?2Introduction ENC 150For future ordering information or warranty service, record the linear encoder catalog number located on the scale assembly tag, and the serial number from the reading head tag.Catalog No.Serial No.Axis # 1:_________________________________Axis # 2:_________________________________Axis # 3:_________________________________Axis # 4:_________________________________ Date of purchase:_________________________________Distributor: ____________________________________Address: ____________________________________Telephone: ____________________________________
海德汉光栅尺常用型号描述 (2011-08-31 10:37:17) 转载▼ 标签： 分类：市场网 海德汉光栅尺 型号描述 杂谈 海德汉光栅尺LC 493F绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm(分辨率达0.005 μm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处; 海德汉光栅尺 LC 493M 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm(分辨率达0.005 μm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处; 海德汉光栅尺 LC 183 绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm(分辨率达0.005 μm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，能承受高振动频率，支持水平安装; 海德汉光栅尺LC 483绝对式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm(分辨率达0.005 μm)，单场扫描定位精度高和移动速度快，适用于安装空间有限处; 海德汉光栅尺 LF 183C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，能承受高振动频率，支持水平安装; 海德汉光栅尺 LF 481C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，适用于安装空间有限处; 海德汉光栅尺LF 481 增量式直线光栅尺，测量步距为0.1 μm，单场扫描定位精度高，温度特性接近钢材和铸铁，适用于安装空间有限处; 海德汉光栅尺LS 177C增量式直线光栅尺，测量步距为0.5 μm，具有确定温度特性，能承受高振动频率，支持水平安装，单场扫描; 海德汉光栅尺 LS 187C 增量式直线光栅尺，测量步距为0.5 μm，具有确定温度特性，能承受高振动频率，支持水平安装，单场扫描; 海德汉光栅尺 LS 328C 用于手动机床的增量式直线光栅尺; 海德汉光栅尺 LS 378C 用于手动机床的增量式直线光栅尺; 海德汉光栅尺 LS 388C 用于手动机床的增量式直线光栅尺;
滚动式光栅线位移传感器 使用说明书 一、光栅尺概述： GCS—898滚动式光栅线位移传感器分为小型、中型、大型三种类型。每一类均可用50线对的光栅作为测量基准，当和数显箱配套使用时，可以满足各种中、小型机床和其它精密测量的线位移数字显示。 本传感器的读数头采用滚珠轴承定位和导向，磨擦小，灵敏度高，使用寿命长。 本传感器采用精密计量光栅作为测量准器，测量精度高。对于已走失精度机床的改造精密化具有实用的意义。使用光栅数显机床，可以大大提高加工精度和生产效率。 本传感器采用密封式结构，性能可靠，安装方便，是其它任何一种数显系统无法比拟的。光栅尺传感器技术规格 小小尺中尺大尺 型号GCS-89 8-1 GCS-898 -5 GCS-898 -1 GCS-898 -5 GCS-898 -1 GCS-898 -5 光栅栅距20UM（0.020mm）,10UM(0.010mm) 光栅测量系 统 透射式红外光学测量系统,红外线波长:880nm 读数头滚动 系统垂直式五轴承滚动系统45°五轴承滚动系 统 精确度1UM 5UM 1UM 5UM 1UM 5UM 有效行程50-1000MM 1100-3000MM 分辨率 UM 长度 50-500 ±3UM ±6UM ±3 ±6UM ±3UM ±6UM 550-1000 ±6UM ±10UM ±6UM ±10UM ±6UM ±10UM 1100-1500 ±30UM 1600-2000 ±50UM 2100-3000 ±80UM
型号GCS系列 重复±1UM ±5UM ±1UM ±5UM ±1UM ±5UM 工作 >20M/MIN(1UM) >60M/MIN(5UM) 速度 温度0-50℃湿度≤90(20±5°) 工作 环境 5V±5%DC 12V±5%DC 24V±5%DC 工作 电压 输出 TTL EIA-422-A(RS-422) ~1VPP 讯号 二、工作原理： 1、光栅测量 滚动式光栅线位移传感器由铝型材、光栅尺、安装端盖、读数头和信号电缆（带插头）等部分组成。光栅尺（标尺）固定在铝型材壳体中，安装端盖分别固定在壳体的两端，组成以光栅为基准的测量体。读数头由四裂相指示光栅、光源板、接收板、整形（匹配）板和电缆组成。指示光栅座的侧面装有三只滚珠轴承，指示光栅和光栅的间隙由其定位保证。指示光栅座的上部装有二只滚轴承。当读数头和光栅作相对运动时，指示光栅座始终贴在光栅的刻划面和顶部，装在指示光栅两侧的光源和接收板，分别作为光源和光闸莫尔条纹的接收。该光电信号经数显箱处理为位移数字。这样就完成了光栅对线位移的测量。为便于数显表（箱）的处理，在传感器中，还把莫尔条纹的光电信号经整形（匹配）处理后再由信号电缆输入。 简而言之，滚动式光栅线位移式传感器是由装有光栅尺的壳体和带有信号电缆的读数头二部分组成。 2、光电转换 滚动式光栅线位移传感器采用四裂相指示光栅，因此有四组发光、接收系统，零位 窗另有独立的发光、接收系统，均取红外二极管和光电三极管作为发光、接收器件。 光源由此5VDC经限流电阻供给发光二极管。其工作电流恒定，保证接收信号的稳定。
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。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波，经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器，最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。 三、单片机与接口电路 为实现可逆计数和提高测量速度，系统采用了193可逆计数器。假设工作平台运行速度
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。本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm，其光栅栅距为，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波，经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器，最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。
光栅尺工作原理 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
光栅尺位移传感器原理简介及维护注意事项 一、光栅尺是什么 轨道旁边的黄色金属条，与其 对应部位，在移载台底部装有 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机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，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。 二、光栅尺的分类、构造 1）分类： 光栅尺位移传感器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。 ●透射光栅指的玻璃光栅. ●反射光栅指的钢带光栅 2）结构： 光栅尺位移传感器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活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。下图所示的就是光栅尺位移传感器的结构。 三、光栅尺的工作原理 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。（关于莫尔条纹的原理，可参考相关文献）
简单的说：光读头通过检测莫尔条纹个数，来“读取”光栅刻度，然后再根据驱动电路的作用，计算出光栅尺的位移和速度。 莫尔条纹 四、光栅尺的维护 1）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。 2）定期检查各安装联接螺钉是否松动、定期使用干燥的洁净布擦拭表。 3）光栅尺位移传感器严禁剧烈震动及摔打、踩踏，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅尺传感器即失效了。 4）不要自行拆开光栅尺位移传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 5）应注意防止油污及水污染、硬物划伤光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 6）光栅尺位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
圆光栅尺 标准增量式圆光栅?27 mm和扫描光栅 材质：?精选浮法玻璃 ?平面度10 μm/100 x 100 mm ?热膨胀系数9 μm/°C/m ?玻璃厚度1.0 ±0.1 mm ?可刻划和可切断扫描光栅
?长度公差±0.1 mm ?宽度公差±0.1 mm ?通孔圆光栅 ?直径公差±0.1 mm 光栅：?玻璃基体上喷溅镀铬 ?透光率< 0.3%，400 - 900 nm ?反光率> 60%，400 - 900 nm ?线宽比1 : 1 ?刻线公差最大±10% ?分度精度< ±2" ?圆光栅与外圆直径同轴度< 0.2 mm (DIN 7184) 圆光栅/参考点部位 允许的缺陷：?最多3个最大100 μm的针孔或点，最大1000 PPR ?最多3个最大50 μm的针孔或点，1000 PPR以上?两缺陷间最小距离10 mm ?多个小缺陷的总和不超过允许面积 定制：?其他玻璃材质 ?其他玻璃尺寸 ?非反光涂层 ?倒角圆盘 脉冲数：4, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 90, 100, 120, 125, 150, 160, 180, 200, 235, 250, 300, 314, 318, 360, 400, 500, 600, 625, 635, 720, 900, 1000, 1021, 1024, 1080, 1200, 1250, 1440, 1500, 1800, 2000, 2048, 2500, 3600, 4096, 5000 （可按需提供其他脉冲数） 标准增量式圆光栅?42 mm和掩码
材质：?精选浮法玻璃 ?平面度10 μm/100 x 100 mm ?热膨胀系数9 μm/°C/m ?玻璃厚度1.0 ±0.1 mm ?mask scribed and broken ?长度公差±0.1 mm ?宽度公差±0.1 mm ?通孔圆光栅 ?直径公差±0.1 mm ?outbreaks on edges max. 0,1 mm 光栅：?玻璃基体上喷溅镀铬 ?透光率< 0.3%，400 - 900 nm ?反光率> 60%，400 - 900 nm ?线宽比1 : 1 ?刻线公差最大±10% ?分度精度< ±2" ?圆光栅与外圆直径同轴度< 0.2 mm (DIN 7184) 圆光栅/参考点部位允许的缺陷：?最多3个最大100 μm的针孔或点，最大1000 PPR ?最多3个最大50 μm的针孔或点，1000 PPR以上?两缺陷间最小距离10 mm ?多个小缺陷的总和不超过允许面积 定制：?其他玻璃材质 ?其他玻璃尺寸 ?非反光涂层 ?倒角圆盘 脉冲数：50, 60, 100, 120, 125, 127, 150, 180, 200, 216, 240, 250, 254, 256, 300, 314, 360, 400, 500, 512, 600, 625, 720, 750, 768, 810, 900, 1000, 1024, 1200, 1250, 1270, 1440, 1500, 1800, 2000, 2048, 2400, 2500, 3000, 3600, 4000, 4096, 5000, 5400, 6000, 6350, 7200, 8192, 9000, 10000 （可按需提供其他脉冲数）
Data sheet L-9517-9002-01-A RH100 encoder system The RH100 readhead works with 40 μm reflective tape scale, has patented filtering optics, set-up LED, and offers high speed performance. The RH100 offers generous set-up tolerances and maintains good contamination immunity. ? Non-contact open optical system ? Large installation tolerances ? Maximum speed 6 m/s ? Integral reference and dual limit sensors ? Integral set-up LED ? Uses Renishaw S40 self-adhesive scale Output specifications Digital output signals Form - square wave differential line driver to EIA RS422A (except limit switch P, Q, Alarm E and external set-up signal X)
Renishaw plc New Mills, Wotton-under-Edge, Gloucestershire GL12 8JR United Kingdom T +44 (0)1453 524524F +44 (0)1453 524901E uk@https://www.doczj.com/doc/7b14076830.html, https://www.doczj.com/doc/7b14076830.html, *L-9517-9002-01* RENISHAW ? and the probe emblem used in the RENISHAW logo are registered trademarks of Renishaw plc in the UK and other countries. apply innovation is a trademark of Renishaw plc. ? 2007 Renishaw plc Issued 0407 Renishaw reserves the right to change specifications without notice For worldwide contact details, please visit our main website at https://www.doczj.com/doc/7b14076830.html,/contact Operating and electrical specifications Maximum speed 6 m/s Minimum recommended counter clock frequency (MHz) = encoder velocity (m/s) x 4 (safety factor) Power supply 5V±5% 120 mA (typical) Temperature Storage -20 °C to +70 °C Operating 0 °C to +55 °C Sealing IP50 (readhead only)Shock (non-operating) 1000 m/s 2, 6 ms, ? sine BS EN 60068-2-27:1993 (IEC 68-2-27:1987) Vibration (operating) 100 m/s 2 max @ 55 Hz to 2000 Hz BS EN 60068-2-6:1996 (IEC 68-2-6:1995) Mass Readhead 50 g Cable 38 g/m EMC compliance (system) BS EN 61326Cable Flex life >20 x 106 cycles at 50 mm bend radius Cable length 1.5 m or 3 m Connector 15 pin ‘D’ type plug General outline and dimensions Technical specifications Digital output resolution 1um Scale type Reflective gold plated steel tape with protective lacquer coating and self-adhesive backing Scale pitch 40 μm Scale length 1 m – 20 m Scale accuracy ±25 μm/m without end clamp fixing or calibration Linearity ±5 μm/m ±1 μm/60 mm Expansion coefficient Matches that of substrate material with scale ends fixed by epoxy mounted end clamps End fixing Epoxy mounted end clamps (A-9523-4015) using 2 part epoxy adhesive (A-9531-0342) Reference mark/limit switch Type Magnetic actuator Position One or more at user selected locations
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。不难证明，在倾斜角很小时，莫尔条纹宽度 B 与栅距W 之间有如下关系：B=W/2sin （θ /2 ）≈ W/ θ 即条纹宽度 B 是栅距W 的1 ／θ 倍。这种放大作用，是利用光栅测量微小位移的基础。若在。处放置一个宽度等于 B 的光电元件，当标尺光栅沿X 轴方向移动半个栅距时，光电元件的受光面积从最大变化到最小( 完全遮断) ，此后又逐步增大。故在标尺光栅以等速沿X 轴运动时，a 处的光电元件的受光面积将作周期性变化，其效果类似于一个具有菱形透光孔的长带沿口角轴( 与Y 轴夹角为θ ) 方向移动所产生的效
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。