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光柵尺在機(jī)械加工中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-09-14      點(diǎn)擊次數(shù):22
  在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中,精度的追求永無止境。而光柵尺,作為一種能夠提供高精度位移測(cè)量的儀器,發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
  光柵尺通常是刻在玻璃或鋼帶基體上1。玻璃一般用于短行程尺子,大長(zhǎng)度尺子則多采用鋼帶作為基體。其通過光刻刻上去的一系列條紋和狹縫,一個(gè)條紋和一個(gè)狹縫的寬度稱為柵距,常見柵距為20um。
  讀數(shù)頭是光柵尺的關(guān)鍵部分。讀數(shù)頭每掃描一個(gè)柵距,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)周期。此信號(hào)再通過一個(gè)電子電路進(jìn)行細(xì)分,比如5倍、10倍、50倍、100倍的細(xì)分,從而可以達(dá)到很高的分辨率1。例如,一個(gè)20um柵距,經(jīng)過50倍細(xì)分,一個(gè)周期就變?yōu)?.4um,這就是廠商所說的分辨率。
  在工作時(shí),讀數(shù)頭中有和尺體柵距一樣的指示光柵,并且讀數(shù)頭中本身有LED光源。當(dāng)讀數(shù)頭相對(duì)于光柵尺移動(dòng)時(shí),LED光在經(jīng)過聚焦鏡后,照射到光柵尺上,然后光通過光柵狹縫,衍射到讀數(shù)頭的光電探測(cè)器上,這樣就在探測(cè)器平面上,產(chǎn)生了明暗相間的正弦干涉條紋1。需要注意的是,實(shí)際情況中,光電探測(cè)器和LED在光柵尺的同一側(cè),都集成在讀數(shù)頭中。當(dāng)光照射到光柵尺后,有一部分光會(huì)反射回去,然后通過聚焦鏡,照射回光電探測(cè)器,形成電信號(hào)。
  光柵尺的精度表現(xiàn)出色,有±15μm、±5μm、±3μm、±1μm等多種規(guī)格1。需要指出的是,這里說的精度,是光柵尺的制造誤差,指每走1m實(shí)際可能的誤差。而在小距離行走時(shí),誤差會(huì)更小,比如±0.275μm/10mm,±0.750μm/50mm。這意味著在短行程的測(cè)量中,光柵尺能夠提供更為精確的結(jié)果。
  光柵尺位移傳感器經(jīng)常應(yīng)用于機(jī)床與現(xiàn)代加工中心以及測(cè)量?jī)x器等方面,可用作直線位移或者角位移的檢測(cè)2。其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖,具有檢測(cè)范圍大,檢測(cè)精度高,響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。
  在實(shí)際應(yīng)用中,光柵尺有著廣泛的用途。各類測(cè)量機(jī)構(gòu)、儀器的位移測(cè)量,如彈簧試驗(yàn)機(jī)、三坐標(biāo)機(jī)、投影儀等都離不開它3。各類機(jī)床的數(shù)顯系統(tǒng),如車床、銑床、磨床、鏜床、電火花、鉆床等,也因光柵尺的存在而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的精確控制。各類數(shù)控機(jī)床的配套使用,如數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控磨等,更是讓加工精度和效率得到了顯著提升。
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