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光栅尺

作者:网站管理员 来源:本站原创 日期:2018/10/30 11:40:34 点击:21 属于:三坐标行业资讯

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。
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。
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)。

再谈光栅尺精确度与分辨率的区别
精确度(Precision)是指使用同种备用样品进行重复测定所得到的结果之间的重现性。测量精确度(也常简称精度)高,是指偶然误差与系统误差都比较小,这时测量数 据比较集中在真值附近。虽然精确度高可说明准确度高,但精确的结果也可能是不准确的。误差是准确度的表示,是实测值与真实值偏离程度,而偏差是精密度的表示,是平行测量间的相异程度。
 
准确度表示测量结果的正确性,精密度表示测量结果的重复性和重现性,精密度是准确度的前提条件。
普通意义的分辨率(resolution)就是屏幕图像的精密度,是指显示器所能显示的像素的多少。对于光栅尺而言是指可以测量的最小单位。
 


对于传感器的分辨率与精度的理解,
可以拿千分尺为例,
分辨率代表千分尺
最多可以读到小数点后几位,但精度还与尺子的加工精度,测量方法有关系。
 
同样的,在光栅尺的使用中,分辨率与精度是完全不同的两个概念。
 
光栅尺的分辨率,是指光栅尺可读取并输出的最小长度变化,对应的参数有:每毫米光栅刻线数、脉冲数、细分等。比如50线光栅和100线光栅在同等条件下分辨率就不一样,同等的50线光栅如果细分方法不一样分辨率也会不一样。
 
光栅尺的精度,是指光栅尺输出的信号数据对测量的真实长度度的准确度,对应的参数是微米(μm)、纳米(nm)。

目前国内光栅尺分辨率一般有5μm、1μm、0.5μm、0.2μm、0.1μm。那么这些分辨率是怎么得来的呢?
以每毫米50线光栅为例,经过4细分,就能得到很简单的5μm的分辨率,而不用采用电子细分,这也是目前国内机床尺的多数工艺,至于高分辨率的光栅尺,就必须采用电子细分技术,增加插补细分器才能得到。高分辨率光栅尺一般应用于仪器仪表如视频仪、工具显微镜、CNC加工中心等。
 
影响光栅尺测量精度有如下几个方面:
 
A:光学部分  B:机械部分  C:电气部分  D:使用中的安装与传输接收部分,使用后的精度下降,机械部分自身的偏差。
 
 
A、光学部分对精度的影响:
 
光栅玻璃—主要的是母尺精度、每毫米刻线数、刻线精度、刻线宽度一致性等。
 
光发射源—光的平行与一致性、光衰减。
 
光接收单元—读取误差、读取响应。
 
光学系统使用后的影响—污染,衰减。
  
B、机械部分对精度的影响:
 
安装精度。轴承的精度与结构精度。光学组建安装的精度。
 
 
例如,就轴承的结构而言,单轴承支撑结构的轴承偏差无法消除,而且经使用后偏差会更大,而双轴承结构或多支承结构,可有效降低单个轴承的偏差。
 
C、电气部分对精度的影响:
 
电源的稳定精度—对光发射源与接收单元的影响。
 
读取响应与电气处理电路带来的误差;
 
电气噪音影响,取决于光栅尺电气系统的抗干扰能力;
 
例如,如果电子细分,也会带来的误差,按照德国海德汉提供的介绍,海德
汉光栅尺的细分电气误差与正余弦曲线误差会有一个很小的差异。


D
光栅尺使用中带来的精度影响:

输出电缆的抗干扰与信号延迟(较长距离或较快频率下);
 
接收设备的响应与接收设备内部处理可能的误差。
 
光栅尺高速位移时的动态响应偏差。
 
最常见的就是我们自己使用安装的方法与安装结果带来的偏差。

 

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