GBC-Q系列 光栅尺，光栅位移传感器

光栅在位移自动测量系统中的应用

关键字：光栅尺、数显表、编码器、长度测量、位移测量、缝隙测量、高度测量、深度测量、角度测量、坐标测量、转角测量。

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目前在精密机加工和精密位移测量时常采用光栅尺做为测量传感器，其后面直接接入二次仪表，或数控系统进行位移测量。测量的主要有传感器决定。

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将得到更广泛应用，并逐步向智能化方向转化。该测量系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路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误差修正等功能。下面对该系统的工作原理和应用作以介绍。

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1、 光栅尺定义：
  光栅尺通过摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高位移传感器。光栅线位移传感器主要应用于直线移动导轨机构，可实现移动量的显示和自动控制，广泛应用于金属切削机床加工量的数字显示和CNC加工中心位置环的控制。该产品已形成系列，供不同规格的各类机床选用，量程从50毫米至30米，覆盖几乎全部金属切削机床的行程。

2、 光栅尺分类如下：
  5V，12V，15V，24V的方波，细分尺，正弦尺，也有专为火花机提供的抗干扰能力强的正反码信号尺，及与电脑数控机床相连的高功率光栅尺。
结构分宽尺和窄尺两种。窄尺长可做1米，宽尺30米内任选。
另外可分为敞开式和封闭式两类。其中敞开式为高型，输出波型为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造分辨率可达０.１um。封闭式则主要用于普通机床、仪器的数字化改造，输出波型为方波。

3、 光栅尺主要应用:

1、各类测量机构、仪器的位移测量(弹簧试验机、三坐标机、投影仪等）

2、各类机床的数显系统（车床、铣床、磨床、镗床、电火花、钻床等）

3、各类数控机床的配套使用（数控铣、加工中心、数控磨床等）

4、配接PLC,用于各类自动化机构的位移测量.　

4、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。目前高分辩率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辩率，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辩率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高。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，后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。

5、显示仪表

SF-600型位移、角度控制器是一个六位显示、控制的位移、角度控制显示模块，可广泛应用于工业控制领域。该控制器与高分辨率的光栅尺和编码器都可以配套使用，带有倍频功能，同时该仪表可以带有两路继电器输出，在显示的同时可有效的进行控制。https://www.wh-sf.com

六位数码显示，显示可到1U

两路输出，有效进行行程控制和报警

工作电压： 220V AC，输出12V DC、5V DC

可接收编码器、光栅尺、接近开关等多种传感器输入

掉电保存当前值、带有倍频功能、可存储峰值

信号输入频率：100K

机床改造或多功能机床测量可用多功能表

6、总结

目前，我们研制的光栅传感器分辨率可以到1U，进行长度、角度自动测量的智能仪表已形成系列产品，分辩率可从20μm到1μm，角度从1度-0.01度，具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构紧凑、成本低等优点，已成功地应用于机床改造和相关的位置检测系统中。