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數控鉆床利用光柵尺監控直線軸
瀏覽量：209次 發布時間：2016-08-22 11:06:11
采用達人牌數控多軸鉆床加工深孔，系統自動進行多次進給排屑，而保證多次進給直線位移相同，就是利用光柵尺。光柵尺作為數控機床直線軸的位置檢測元件，相當于人的眼睛，就是監控該直線軸在執行數控系統的移動指令后，該直線軸是否真正準確地運行到數控系統指令所要求的位置。光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用莫爾條紋原理工作的反饋裝置。光柵尺經常應用于數控機床的閉環伺服系統中，可用作直線位移或角位移的檢測。
光柵尺特點
1.其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，反應速度快的特點；
2.光柵尺尺身采用鋁合金型材制造，經陽極處理，尺頭部分用合金壓鑄而成，全身鍍硬鉻，具有耐腐蝕的特點；
3.防塵片采用特種塑膠制成，具有耐腐蝕、耐刮傷、摩擦阻力小的特點；
4.光柵尺還具有抗外部干擾強、安裝使用方便、保養簡易、使用壽命長等特點。
光柵尺
光柵尺的光柵位置檢測裝置一般由標尺光柵和光柵讀數頭兩部分組成。光柵讀數頭包括光源、透鏡、光電元件、指示光柵等，如下圖所示。
光柵位置檢測裝置1.光源 2.透鏡 3.標尺光柵 4.指示光柵 5.光電元件
標尺光柵和指示光柵也可稱為長光柵和短光柵，它們的線紋密度相等。長光柵可安裝在機床的固定部件上（如機床床身），其長度應大于或等于全行程；短光柵長度較短，隨光柵讀數頭安裝在機床移動部件上。例如達人數控多軸鉆床，通過光柵尺實現進給深度的精密控制。光柵尺的長光柵安裝在數控多軸鉆床的導軌支柱上，短光柵通過一個小部件與機頭連接。在安裝時，工人用千分表檢測光柵尺與導軌支柱表面，避免因平行度原因造成的讀數不準確等問題。
達人數控立式多軸鉆床上的光柵尺
光柵尺原理
1.工作原理
在測量時，長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起，并保持0.01至0.1mm的間隙，指示光柵相對標尺光柵在自身平面內旋轉一個微小的角度θ。當光線平行照射光柵時，由于光的投射和衍射效應，在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上會出現明暗交替、間隔相等的粗條紋——莫爾條紋，如下圖所示。
莫爾條紋
莫爾條紋兩條暗帶或明帶之間的距離稱為莫爾條紋的間距B，若光柵的柵距為W，則
,因為θ很小，則上述公式可表達為
由此可見，莫爾條紋的間距與光柵的柵距成正比，同時還具有以下幾點特點：
(1)莫爾條紋具有放大作用。由上式可知，莫爾條紋的間距B是光柵柵距W的1/θ，由于θ很小（小于10'），因此B>>W。例如，當柵距為W=0.01mm，θ=0.001rad時，莫爾條紋的間距B=10mm。所以，不需要經過復雜的光學系統，就能把光柵的柵距轉換成放大了很多倍的莫爾條紋的寬度（例中放大了1000倍），從而大大的簡化了電子放大線路，這時光柵技術獨有的特點。
(2)莫爾條紋具有勻化誤差的作用。莫爾條紋由若干線紋組成，若光電元件接受長度為10mm，當W=0.01mm時，10mm寬的莫爾條紋就由1000條線紋組成。因此，制造上的誤差或缺陷，只會影響千分之幾的光電效果。所以，莫爾條紋測量長度時，決定其精度的不是一條線紋，而是一組線紋的平均效應。
(3)莫爾條紋的變化具有一定的規律。長短兩光柵相對移動一個柵距W，莫爾條紋就移動一個條紋間距B，即光柵某一固定點的光按明→暗→明的規律交替變化一次。光電元件只要讀出移動的莫爾條紋的條紋數，就知道光柵移動了多少柵距，也就知道了運動部件的準確位移量。
2.光柵的信號處理與辨向
在移動過程中，經過光柵的光線，其光強呈正（余）弦函數變化，反映莫爾條紋的移動的光信號由光電元件接收轉換成近似正（余）弦函數的電壓信號。經信號處理裝置整形、放大及微分處理后，即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號，如下圖所示：
光電轉換及信號處理
為了既能計數，又能判別工作臺移動的方向，光柵用了4個光電元件，每個光電元件相距四分之一的柵距（W/4）。當指示光柵相對標尺光柵移動時，莫爾條紋通過各個光電元件的時間不一樣，光電元件的電信號雖然波形一樣，但相位相差1/4周期。根據各光電元件輸出信號的相位關系，就可確定指示光柵移動的方向。
光柵尺使用注意事項
在達人數控多軸鉆床運行，光柵尺應注意以下幾點，其他機床也一樣。
1.光柵傳感器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源后進行。
2.盡可能外加保護罩，并及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵傳感器殼體內部。
3.定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。
4.為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。
5.為保證光柵傳感器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。
6.光柵傳感器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵傳感器即失效了。
7.不要自行拆開光柵傳感器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距，否則一方面可能破壞光柵傳感器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，從而造成光柵尺報廢。
8.應注意防止油污及水污染光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差。
9.光柵傳感器應盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及表面，破壞光柵尺質量。
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