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概述
调研大纲

光栅尺也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器),是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置,光栅尺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。

例如,在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测,来观察和跟踪走刀误差,以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。其中光栅读数头是其关键部件,它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。

光栅尺的工作原理: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”。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 。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。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义。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。

角度编码器是角度编码器是一种位置传感器,用于测量旋转轴的角度位置。大多数角度编码器使用光学技术,其中盘形转子具有与定子上的光电传感器配合的光栅。光学技术依赖于转子相对于定子的严格限制旋转,因此大多数角度编码器都包括轴承以保持两个部件同心。

角度编码器的工作原理:由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

图:产品分类及头部企业

产品

类型

主要生产商

光栅尺

高端

海德汉、普斯克

中端

日本三丰

低端

禹衡光学

角度编码器

高端

海德汉、雷尼绍

中端

多摩川精机、内密控

低端

上海霍德光电

北京研精毕智信息咨询有限公司
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