光柵尺電路

1. 光柵原理

柵測量系統是由光柵尺與光柵數顯表組成。光柵尺把採集到的位移信號傳輸到光柵數顯表來顯示測量結果。光柵尺的位移信號經光電二極體轉化為弦波信號，然後經過細分電路和整形電路轉化為單片機能夠識別的方波信號。
按照工作原理光柵可分為計量光柵和物理光柵 。計量光柵是通過光柵的莫爾條紋現象進行位移的精密測量和控制的，計量光柵一般比較粗；物理光柵主要用作散射元件進行光波長的測定及光譜分析。光柵尺是計量光柵中的一種。
光柵感測器主要是由光源、照明系統、主光柵、指示光柵、接收光學系統、光電接
收元件等組成

2. 試述光柵測量裝置的組成及工作原理

二、光柵測量裝置測且原理及其基本結構
1．光柵測量裝置的基本結構
德國HEIDENHAIN公司生產的長光柵測量裝置基本結構主要包括三大部分：光柵尺（定尺）、掃描頭（滑動頭入EXE＊＊＊（＊＊＊表示型號代碼）。
光柵尺：一般固定在數控機床的導軌旁邊或床身上，光柵尺里的主光柵一般每隔5cm、5cm、10cm都有一個零標記，定尺上面安裝了兩個密封塑料條，以防止掃描頭滑動時臟污物進人。
掃描頭：一般固定在工作台或活動部件上，跟隨一起移動。其組成包括指示光柵、光源、透鏡、光電元件。放大電路，其中光源一般選用燈絲燈泡或發光二極體，光電元件選用硅光電池，一般為三組，六個硅光電池。
EXE＊＊＊：主要是把掃描頭輸出的信號通過放大、脈沖整形、倍頻等處理，輸出脈沖序列信號。
2．光柵測量裝置測量原理
光柵尺與掃描頭之間的相對運動，也就是把數控機床的位置變化，通過光柵測量裝置內的兩組光電池變成相位差900的電信號，其中每組由兩個相差1800的光電池接成推挽形式。另外一組光電池也接成推挽形式直接感測零標志信號，它們輸出的電信號分別為人；人人。
掃描頭（滑動頭）輸出的信號經 EXE＊＊＊處理後變成脈沖方波Ual、UaZ、Uao，另外還有一個由自身產生的報警信號Us，此信號在光柵污染、輸人電纜線斷或燈泡損壞等原因造成通道放大器輸出信號為零，驅動電路由低電平變成高電平輸出時產生。最後這7個信號輸到測量板或位置控制板進行處理，其中Ual、UaZ相位差900。
三、光柵測詛裝置故障分析及排除
1．德國進口數控車床廠軸檢測信號丟失
從德國RAVENSBURG公司引進的數控車床，是目前我國比較大的數控機床，其廠軸採用的是德國HEIDENHAIN公司生產的LB326型光柵尺，方式為反射式，該數控機床曾出現Z軸測量裝置報警。該報警與二軸機械及傳動系數無關，屬測量裝置故障。該測量裝置包括：LB326光柵尺、LB326讀頭。EXE808外置式電子脈沖整形插值器、信號傳輸電纜及插件、數控測量板。
由LB326光柵尺的工作原理可知，只要電子元件不損壞，故障的機率很小，因此一般測量裝置產生報警，主要原因是信號丟失，也就是「漏讀」。測量信號在產生變換過程中容易造成丟失的環節。
機床在運動過程中，從掃描單元輸出三組信號，其中兩組增量信號由四個光電池產生，把兩個相差1800的光電池接在一起，它們推挽就形成了兩組近似正弦波，相位差的信號串。另外一組基準信號也由兩個相差1800的光電池接成推挽式，輸出一個尖峰信號，此信號只在經過標志時產生，用來確認機床基準點。
兩組正弦波增量信號經過傳輸電纜和插頭進入EXE經放大整形後成為1．2－3．4V的三角波信號串，以及它們的反向位信號，這些信號經分頻後在一個信號周期內產生25個脈沖，即所謂25倍頻處理。增量信號經EXE25倍頻細分後，經輸出板處理成為矩形信號串，送人數控系統測量板。
LB326光柵尺柵距，增量信號經EXE處理後，每一刻線，這就是該機床解析度。EXE的輸出信號除上述外，還有一個UaS由自身產生的報警信號。如果由於某種原因引起信號幅度下降，在信號處理過程中就要影響到被處理信號過零位置，容易使輸出脈沖擠在一起，造成丟失。
在了解信號丟失原因後，採用雙路示波器分別監視兩路正弦波信號，發現輸出波形幅值很小，將一路轉換到自身報警信號上後，發現輸出為高電平脈沖。分析造成光柵輸出信號幅度下降的原因，是因為光電池產生信號與光照強度成正比。信號幅度下降是電池光源強度下降及光學系統臟污造成。
拆開光柵尺兩端從尺身中抽出掃描單元，發現在指示光柵和透鏡上有一層油霧和浮灰，用酒精和乙醚混合液擦除後，重新裝回，機床恢復正常工作。
2．德國進口機回零操作時Failt ReferencePart報警
位置檢測是採用德國HEIDENHAIN公司生產的光柵尺，尺長900mm，方式為透射式。通過屏幕自診斷顯示LeftRoll回零故障，用交換法不難確定為Let Roll光柵尺故障，取下光柵尺，加上＋SV電源，用示波器檢查各路信號是否正常，著重檢查基準標志脈沖信號。這種故障現象是數控系統沒有接收到零脈沖信號，也就是零脈沖信號丟失或信號太弱。
手動滑動掃描頭，用示波器測量EXE輸出端Ual、UaZ及其取反信號均正常，Uao及其取反信號沒有，檢查掃描頭輸出端 I．信號（EXE的輸人端 I＆信號），慢速移動掃描頭時，無I．信號，快速移動掃描頭時，有密集的信號產生，這與零標志信號不相符，估計是感應信號人線路有斷路現象。拆開光柵尺兩端端蓋，滑出掃描頭檢查發現馬接線端虛焊脫落，焊上、裝回機床恢復正常工作。
3．奧地利進口 3m數控車床加工球形工件出現周期性波紋
奧地利進口的WZC700數控車床測量裝置為瑞士的LS903光柵尺，方式為透射式。
此機床為斜式導軌，在加工圓形、錐形等工件時，精度高，表面質量好。使用中曾出現過加工工件時表面有周期性波紋。通過觀察X軸電機在低速運行時出現周期性擺動，懷疑是機械和液壓平衡器故障，拆下後檢查無故障。故懷疑故障出在X軸測量裝置，用雙路示波器觀察掃描單元送出的兩路正弦信號，發現一路正常，一路很小。造成電機低速轉速不穩的原因，是測量裝置輸出信號不穩定，而造成測量值失誤，計算機因而送出的指令電壓也就不穩定。檢查掃描單元，發現乙路上的一個光電池失效，更換一個新的掃描單元後，恢復正常工作。
4．德國加工中心旋轉工作台定位不準
從德國引進的加工中心旋轉工作台B軸接連出現定位不準現象。根據每次定位偏差不一樣的故障現象，懷疑是脈沖整形插值器和數控計算機測量板的元器件不穩定造成測量精度下降，更換這兩種裝置，故障仍然存在，因此懷疑是光柵尺有問題，用示波器觀察掃描單元的輸出正弦波信號，輸出波形正常，兩路信號幅值都很低。測量圓光柵光源電流發現，比原來小1／4。拆開後發現4個並聯燈泡有一個燒斷，更換一個，故障排除。
四、結語
本文介紹了德國HEIDENHAIN公司生產的光柵測量裝置的基本結構和工作原理，通過四個例子總結了光柵測量裝置的四大故障類型，即第一：光學系統引起的故障，第二：斷線、接觸不良引起的故障，第三：光電接收元件（光電池）引起的故障，第四：光源引起的故障。

3. 光柵感測器的基本原理是什麼莫爾條紋是如何形成的

光柵感測器的基本原理是，光柵的Bragg波長是由lB=2nL決定的。當光纖光柵所處環境的溫度，應力，應變或其它物理量發生變化時，光柵的周期或纖芯折射率將發生變化，從而使反射光的波長發生變化。

長周期光纖光柵（LPG）感測器原理，長周期光纖光柵（LPG）的周期一般認為有數百微米，它在特定的波長上可把纖芯的光耦合進包層，其公式是li=(n0- niclad）·L 式中，n0—纖芯的折射率，niclad—i階軸對稱包層模的有效折射率。

光柵式感測器指採用光柵疊柵條紋原理測量位移的感測器。光柵是由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學器件。一般常用的光柵是在玻璃片上刻出大量平行刻痕製成，刻痕為不透光部分，兩刻痕之間的光滑部分可以透光，相當於一狹縫。

莫爾條紋能從，雙色或多色網點之間的干涉，各色網點與絲網網絲之間的干涉，作為附加的因素，由於承印物體本身的特性而發生的干涉。使用莫爾條紋防護系統的目的就在於根據你選定的絲網目數，加網線數，印刷色數和加網角度來預測莫爾條紋。

將兩塊柵距相同，黑白寬度相同（a=b=τ/2）的標尺光柵和指示光柵尺面平行放置，將指示光柵在其自身平面內傾斜一很小的角度，以便使它的刻線與標尺光柵的刻線間保持一很小的夾角θ，這樣在光源的照射下，兩塊光柵尺的刻線相交，就形成了即莫爾條紋，

(3)光柵尺電路擴展閱讀

光柵感測器的特點精度高，光柵式感測器在大量程測量長度或直線位移方面僅僅低於激光干涉感測器，在圓分度和角位移連續測量方面，光柵式感測器屬於精度最高的，大量程測量兼有高分辨力。

感應同步器和磁柵式感測器也具有大量程測量的特點，但分辨力和精度都不如光柵式感測器，可實現動態測量，易於實現測量及數據處理的自動化，具有較強的抗干擾能力，對環境條件的要求不像激光干涉感測器那樣嚴格，但不如感應同步器和磁柵式感測器的適應性強。

光柵主要分兩大類一是Bragg光柵也稱為反射或短周期光柵，二是透射光柵也稱為長周期光柵，光纖光柵從結構上可分為周期性結構和非周期性結構，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵，色散補償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵。

莫爾條紋起放大作用，莫爾條紋的節距W與θ角成反比，θ角越小，則放大倍數越大。這樣雖然光柵柵距很小，但莫爾條紋卻清晰可見，便於測量。

莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例，當兩光柵尺移動時，莫爾條紋沿著垂直於光柵移動的方向移動。且當光柵尺移動一個柵距，莫爾條紋正好移動一個節距。若光柵尺移動方向改變，莫爾條紋的移動方向也改變。

這樣莫爾條紋的位移剛好反映了光柵的柵距位移。即光柵尺每移動一個柵距，莫爾條紋的光強也經歷了由亮到暗，再由暗到亮的一個變化周期，這為後面的信號檢測電路提供了良好的條件。

起均化誤差的作用，莫爾條紋是由許多條刻線共同形成的，例如250線/mm的光柵，10mm長的一條莫爾條紋是由2500條刻線組成的，這樣柵距間的固有相鄰誤差就被平均化了。

參考資料網路--光柵式感測器

網路--莫爾條紋

4. 海德漢直線光柵尺丟失參考點常見問題及詳細解決辦法

摘要 您好，稍後幾分鍾，為您的咨詢提供回答謝謝

5. 光柵尺位移感測器輸出什麼信號怎麼採集啊光柵尺和讀數頭是連在一起么可以拆開么

光柵測量技術是以光柵相對移動所形成的莫爾條紋信號為基礎的，對此信號進行一系列的處理，即可獲得光柵相對移動的位移量。將光柵位移感測器與微電子技術相結合，進行線性位移量的測量，以實現較高的測量精度。而且可以拆開柵尺和讀數頭

光柵位移感測器包括以下幾部分：光柵；光柵光學組成。光柵光學系統的作用是形成莫爾條紋；光電接收系統。光電接收系統是由光敏元件組成，他將莫爾條紋的光學信號轉換成電信號，本系統採用的光敏元件是4個硅光電池。

(5)光柵尺電路擴展閱讀：

細分與辨向電路

細分電路

為記錄光柵上移過的條紋數目和判斷光柵的移動率等，感測器中採用4極硅光電池來接收莫爾條紋信號。調整莫爾條紋的寬度B，使他正好與4個硅光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差90°的4路信號，即進行4倍細分。

辨向電路

位移除了有大小的屬性外，還具有方向的屬性。為了辨別標尺光柵位移的方向，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的。必須有2個以上的信號根據他們的相位不同來判斷位移方向。因此，本設計採用的是4個硅光電池來接收莫爾條紋信號，則輸出的4路信號在相位上依次相差90°，利用這種特點設計的辨向電路的

6. 簡要說明光柵尺的工作原理

現代的自動控制系統中已廣泛地採用光電感測器(如光柵尺)來解決軸的線位移、轉速或轉角的監測和控制問題。RG2系列光柵尺是山讀數頭、光柵和介面組成。光柵上均勻地刻有透光和小透光的線條，一般情況卜，線條數按所測精度刻制，為了判別出運動方向，線條被刻成相位上相差90「的兩路。當讀數頭運動時，介面電路的光電接收器分別產生A相和B相兩路相位相差90「的脈沖波

7. 光柵尺輸出360度電信號原理

光柵尺通過主光柵和指示光柵的相對位移,通過莫爾條紋產生正弦信號,經過處理電路已方波或者正弦的形式輸出到表顯示,光柵尺一般通過數顯表供電,也有直接供24v 到PLC輸出的 普通的光柵尺就是輸出方波而已,只有編碼尺不同的位置才會生成不同的電信號,一般是2進制編碼.

8. 光柵尺是怎麼製造出來的

你好！
光柵是在玻璃或鋼帶尺上製作的一系列條紋和狹縫，條紋和狹縫的距離是一樣的，一個條紋和一個狹縫的寬度稱為柵距，柵距可以做到20um,讀數頭每掃描一個柵距，就產生一個正弦波信號周期，此信號還要通過一個電子電路進行細分，5，10，50，100倍的細分，所以可以達到很高的解析度。
打字不易，採納哦！

9. 光柵尺電路圖

很簡單 光發射 光接收幾個發光和接收二極體
然後再波形整形電路 （我拆的這個是LM339整形輸出）

10. 光柵尺由哪些哪些部件構成它與數控機床的連接方式如何

光柵尺由標尺光柵和光柵讀數頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床活動部件上，光柵讀數頭裝在機床固定部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。
光柵檢測裝置結構光柵檢測裝置的關鍵部分是光柵讀數頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調整機構等組成。標尺光柵和光柵讀數頭相對移動，標尺光柵的條紋和光柵讀數頭的條紋（莫爾條紋）產生明暗信號，由讀數頭的電路轉換成信號輸出。
光柵尺經常應用於數控機床的閉環伺服系統中,可用作直線位移或者角位移的檢測。
一般將主尺安裝在機床的工作台（滑板）上，隨機床走刀而動，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數頭安裝在主尺的下方。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。如果由於安裝位置限制必須採用讀數頭朝上的方式安裝時，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數頭應盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）。
安裝基面：安裝光柵尺位移感測器時，不能直接將感測器安裝在粗糙不平的機床身上，更不能安裝在打底塗漆的機床身上。光柵主尺及讀數頭分別安裝在機床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查機床工作台的主尺安裝面與導軌運動的方向平行度。千分表固定在床身上，移動工作台，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達到這個要求，則需設計加工一件光柵尺基座。
基座要求做到：(1)應加一根與光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出光柵尺50mm左右）。(2)該基座通過銑、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數頭基座。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大於±0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
主尺安裝：將光柵主尺用M4螺釘上在機床安裝的工作台安裝面上，但不要上緊，把千分表固定在床身上，移動工作台（主尺與工作台同時移動）。用千分表測量主尺平面與機床導軌運動方向的平行度，調整主尺M4螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把M2螺釘徹底上緊。
在安裝光柵主尺時，應注意：
(1) 在裝主尺時，如安裝超過1.5M以上的光柵時，不能象橋梁式只安裝兩端頭，尚需在整個主尺尺身中有支撐。(2)在有基座情況下安裝好後，最好用一個卡子卡住尺身中點（或幾點）。(3)不能安裝卡子時，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基尺與主尺固定好。
讀數頭安裝：在安裝讀數頭時，如果發現安裝條件非常的有限，可以考慮使用附件，如角鋁、直板，首先應保證讀數頭的基面達到安裝要求，然後再安裝讀數頭，其安裝方法與主尺相似。最後調整讀數頭，使讀數頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內，其讀數頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內。安裝完畢後，可以用大拇指接觸讀數頭與光柵尺尺身表面是否平滑、平整。
限位裝置：光柵線位移感測器全部安裝完以後，一定要在機床導軌上安裝限位裝置，以免機床加工產品移動時讀數頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺。另外，用戶在選購光柵線位移感測器時，應盡量選用超出機床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有餘量。
感測器檢查：光柵線位移感測器安裝完畢後，可接通數顯表，移動工作台，觀察數顯表計數是否正常。在機床上選取一個參考位置，來回移動工作點至該選取的位置。數顯表讀數應相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數顯表同時調至零（或記憶起始數據），往返多次後回到初始位置，觀察數顯表與千分表的數據是否一致。通過上述工作，光柵尺線位移感測器的安裝就完成了。但對於一般的機床加工環境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，感測器應附帶加裝防護罩，防護罩的設計是按照感測器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，防護罩採用橡皮密封，避免光柵尺進油進水防止鐵屑。