光栅尺电路

1. 光栅原理

栅测量系统是由光栅尺与光栅数显表组成。光栅尺把采集到的位移信号传输到光栅数显表来显示测量结果。光栅尺的位移信号经光电二极管转化为弦波信号，然后经过细分电路和整形电路转化为单片机能够识别的方波信号。
按照工作原理光栅可分为计量光栅和物理光栅 。计量光栅是通过光栅的莫尔条纹现象进行位移的精密测量和控制的，计量光栅一般比较粗；物理光栅主要用作散射元件进行光波长的测定及光谱分析。光栅尺是计量光栅中的一种。
光栅传感器主要是由光源、照明系统、主光栅、指示光栅、接收光学系统、光电接
收元件等组成

2. 试述光栅测量装置的组成及工作原理

二、光栅测量装置测且原理及其基本结构
1．光栅测量装置的基本结构
德国HEIDENHAIN公司生产的长光栅测量装置基本结构主要包括三大部分：光栅尺（定尺）、扫描头（滑动头入EXE＊＊＊（＊＊＊表示型号代码）。
光栅尺：一般固定在数控机床的导轨旁边或床身上，光栅尺里的主光栅一般每隔5cm、5cm、10cm都有一个零标记，定尺上面安装了两个密封塑料条，以防止扫描头滑动时脏污物进人。
扫描头：一般固定在工作台或活动部件上，跟随一起移动。其组成包括指示光栅、光源、透镜、光电元件。放大电路，其中光源一般选用灯丝灯泡或发光二极管，光电元件选用硅光电池，一般为三组，六个硅光电池。
EXE＊＊＊：主要是把扫描头输出的信号通过放大、脉冲整形、倍频等处理，输出脉冲序列信号。
2．光栅测量装置测量原理
光栅尺与扫描头之间的相对运动，也就是把数控机床的位置变化，通过光栅测量装置内的两组光电池变成相位差900的电信号，其中每组由两个相差1800的光电池接成推挽形式。另外一组光电池也接成推挽形式直接感测零标志信号，它们输出的电信号分别为人；人人。
扫描头（滑动头）输出的信号经 EXE＊＊＊处理后变成脉冲方波Ual、UaZ、Uao，另外还有一个由自身产生的报警信号Us，此信号在光栅污染、输人电缆线断或灯泡损坏等原因造成通道放大器输出信号为零，驱动电路由低电平变成高电平输出时产生。最后这7个信号输到测量板或位置控制板进行处理，其中Ual、UaZ相位差900。
三、光栅测诅装置故障分析及排除
1．德国进口数控车床厂轴检测信号丢失
从德国RAVENSBURG公司引进的数控车床，是目前我国比较大的数控机床，其厂轴采用的是德国HEIDENHAIN公司生产的LB326型光栅尺，方式为反射式，该数控机床曾出现Z轴测量装置报警。该报警与二轴机械及传动系数无关，属测量装置故障。该测量装置包括：LB326光栅尺、LB326读头。EXE808外置式电子脉冲整形插值器、信号传输电缆及插件、数控测量板。
由LB326光栅尺的工作原理可知，只要电子元件不损坏，故障的机率很小，因此一般测量装置产生报警，主要原因是信号丢失，也就是“漏读”。测量信号在产生变换过程中容易造成丢失的环节。
机床在运动过程中，从扫描单元输出三组信号，其中两组增量信号由四个光电池产生，把两个相差1800的光电池接在一起，它们推挽就形成了两组近似正弦波，相位差的信号串。另外一组基准信号也由两个相差1800的光电池接成推挽式，输出一个尖峰信号，此信号只在经过标志时产生，用来确认机床基准点。
两组正弦波增量信号经过传输电缆和插头进入EXE经放大整形后成为1．2－3．4V的三角波信号串，以及它们的反向位信号，这些信号经分频后在一个信号周期内产生25个脉冲，即所谓25倍频处理。增量信号经EXE25倍频细分后，经输出板处理成为矩形信号串，送人数控系统测量板。
LB326光栅尺栅距，增量信号经EXE处理后，每一刻线，这就是该机床分辨率。EXE的输出信号除上述外，还有一个UaS由自身产生的报警信号。如果由于某种原因引起信号幅度下降，在信号处理过程中就要影响到被处理信号过零位置，容易使输出脉冲挤在一起，造成丢失。
在了解信号丢失原因后，采用双路示波器分别监视两路正弦波信号，发现输出波形幅值很小，将一路转换到自身报警信号上后，发现输出为高电平脉冲。分析造成光栅输出信号幅度下降的原因，是因为光电池产生信号与光照强度成正比。信号幅度下降是电池光源强度下降及光学系统脏污造成。
拆开光栅尺两端从尺身中抽出扫描单元，发现在指示光栅和透镜上有一层油雾和浮灰，用酒精和乙醚混合液擦除后，重新装回，机床恢复正常工作。
2．德国进口机回零操作时Failt ReferencePart报警
位置检测是采用德国HEIDENHAIN公司生产的光栅尺，尺长900mm，方式为透射式。通过屏幕自诊断显示LeftRoll回零故障，用交换法不难确定为Let Roll光栅尺故障，取下光栅尺，加上＋SV电源，用示波器检查各路信号是否正常，着重检查基准标志脉冲信号。这种故障现象是数控系统没有接收到零脉冲信号，也就是零脉冲信号丢失或信号太弱。
手动滑动扫描头，用示波器测量EXE输出端Ual、UaZ及其取反信号均正常，Uao及其取反信号没有，检查扫描头输出端 I．信号（EXE的输人端 I＆信号），慢速移动扫描头时，无I．信号，快速移动扫描头时，有密集的信号产生，这与零标志信号不相符，估计是感应信号人线路有断路现象。拆开光栅尺两端端盖，滑出扫描头检查发现马接线端虚焊脱落，焊上、装回机床恢复正常工作。
3．奥地利进口 3m数控车床加工球形工件出现周期性波纹
奥地利进口的WZC700数控车床测量装置为瑞士的LS903光栅尺，方式为透射式。
此机床为斜式导轨，在加工圆形、锥形等工件时，精度高，表面质量好。使用中曾出现过加工工件时表面有周期性波纹。通过观察X轴电机在低速运行时出现周期性摆动，怀疑是机械和液压平衡器故障，拆下后检查无故障。故怀疑故障出在X轴测量装置，用双路示波器观察扫描单元送出的两路正弦信号，发现一路正常，一路很小。造成电机低速转速不稳的原因，是测量装置输出信号不稳定，而造成测量值失误，计算机因而送出的指令电压也就不稳定。检查扫描单元，发现乙路上的一个光电池失效，更换一个新的扫描单元后，恢复正常工作。
4．德国加工中心旋转工作台定位不准
从德国引进的加工中心旋转工作台B轴接连出现定位不准现象。根据每次定位偏差不一样的故障现象，怀疑是脉冲整形插值器和数控计算机测量板的元器件不稳定造成测量精度下降，更换这两种装置，故障仍然存在，因此怀疑是光栅尺有问题，用示波器观察扫描单元的输出正弦波信号，输出波形正常，两路信号幅值都很低。测量圆光栅光源电流发现，比原来小1／4。拆开后发现4个并联灯泡有一个烧断，更换一个，故障排除。
四、结语
本文介绍了德国HEIDENHAIN公司生产的光栅测量装置的基本结构和工作原理，通过四个例子总结了光栅测量装置的四大故障类型，即第一：光学系统引起的故障，第二：断线、接触不良引起的故障，第三：光电接收元件（光电池）引起的故障，第四：光源引起的故障。

3. 光栅传感器的基本原理是什么莫尔条纹是如何形成的

光栅传感器的基本原理是，光栅的Bragg波长是由lB=2nL决定的。当光纤光栅所处环境的温度，应力，应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化。

长周期光纤光栅（LPG）传感器原理，长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，它在特定的波长上可把纤芯的光耦合进包层，其公式是li=(n0- niclad）·L 式中，n0—纤芯的折射率，niclad—i阶轴对称包层模的有效折射率。

光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。

莫尔条纹能从，双色或多色网点之间的干涉，各色网点与丝网网丝之间的干涉，作为附加的因素，由于承印物体本身的特性而发生的干涉。使用莫尔条纹防护系统的目的就在于根据你选定的丝网目数，加网线数，印刷色数和加网角度来预测莫尔条纹。

将两块栅距相同，黑白宽度相同（a=b=τ/2）的标尺光栅和指示光栅尺面平行放置，将指示光栅在其自身平面内倾斜一很小的角度，以便使它的刻线与标尺光栅的刻线间保持一很小的夹角θ，这样在光源的照射下，两块光栅尺的刻线相交，就形成了即莫尔条纹，

(3)光栅尺电路扩展阅读

光栅传感器的特点精度高，光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器，在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的，大量程测量兼有高分辨力。

感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅式传感器，可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化，具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格，但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强。

光栅主要分两大类一是Bragg光栅也称为反射或短周期光栅，二是透射光栅也称为长周期光栅，光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅。

莫尔条纹起放大作用，莫尔条纹的节距W与θ角成反比，θ角越小，则放大倍数越大。这样虽然光栅栅距很小，但莫尔条纹却清晰可见，便于测量。

莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例，当两光栅尺移动时，莫尔条纹沿着垂直于光栅移动的方向移动。且当光栅尺移动一个栅距，莫尔条纹正好移动一个节距。若光栅尺移动方向改变，莫尔条纹的移动方向也改变。

这样莫尔条纹的位移刚好反映了光栅的栅距位移。即光栅尺每移动一个栅距，莫尔条纹的光强也经历了由亮到暗，再由暗到亮的一个变化周期，这为后面的信号检测电路提供了良好的条件。

起均化误差的作用，莫尔条纹是由许多条刻线共同形成的，例如250线/mm的光栅，10mm长的一条莫尔条纹是由2500条刻线组成的，这样栅距间的固有相邻误差就被平均化了。

参考资料网络--光栅式传感器

网络--莫尔条纹

4. 海德汉直线光栅尺丢失参考点常见问题及详细解决办法

摘要 您好，稍后几分钟，为您的咨询提供回答谢谢

5. 光栅尺位移传感器输出什么信号怎么采集啊光栅尺和读数头是连在一起么可以拆开么

光栅测量技术是以光栅相对移动所形成的莫尔条纹信号为基础的，对此信号进行一系列的处理，即可获得光栅相对移动的位移量。将光栅位移传感器与微电子技术相结合，进行线性位移量的测量，以实现较高的测量精度。而且可以拆开栅尺和读数头

光栅位移传感器包括以下几部分：光栅；光栅光学组成。光栅光学系统的作用是形成莫尔条纹；光电接收系统。光电接收系统是由光敏元件组成，他将莫尔条纹的光学信号转换成电信号，本系统采用的光敏元件是4个硅光电池。

(5)光栅尺电路扩展阅读：

细分与辨向电路

细分电路

为记录光栅上移过的条纹数目和判断光栅的移动率等，传感器中采用4极硅光电池来接收莫尔条纹信号。调整莫尔条纹的宽度B，使他正好与4个硅光电池的宽度相同。则可直接获得在相位上依次相差90°的4路信号，即进行4倍细分。

辨向电路

位移除了有大小的属性外，还具有方向的属性。为了辨别标尺光栅位移的方向，仅靠一个光敏元件输出一个信号是不行的。必须有2个以上的信号根据他们的相位不同来判断位移方向。因此，本设计采用的是4个硅光电池来接收莫尔条纹信号，则输出的4路信号在相位上依次相差90°，利用这种特点设计的辨向电路的

6. 简要说明光栅尺的工作原理

现代的自动控制系统中已广泛地采用光电传感器(如光栅尺)来解决轴的线位移、转速或转角的监测和控制问题。RG2系列光栅尺是山读数头、光栅和接口组成。光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，一般情况卜，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90“的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90“的脉冲波

7. 光栅尺输出360度电信号原理

光栅尺通过主光栅和指示光栅的相对位移,通过莫尔条纹产生正弦信号,经过处理电路已方波或者正弦的形式输出到表显示,光栅尺一般通过数显表供电,也有直接供24v 到PLC输出的 普通的光栅尺就是输出方波而已,只有编码尺不同的位置才会生成不同的电信号,一般是2进制编码.

8. 光栅尺是怎么制造出来的

你好！
光栅是在玻璃或钢带尺上制作的一系列条纹和狭缝，条纹和狭缝的距离是一样的，一个条纹和一个狭缝的宽度称为栅距，栅距可以做到20um,读数头每扫描一个栅距，就产生一个正弦波信号周期，此信号还要通过一个电子电路进行细分，5，10，50，100倍的细分，所以可以达到很高的分辨率。
打字不易，采纳哦！

9. 光栅尺电路图

很简单 光发射 光接收几个发光和接收二极管
然后再波形整形电路 （我拆的这个是LM339整形输出）

10. 光栅尺由哪些哪些部件构成它与数控机床的连接方式如何

光栅尺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活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。
光栅检测装置结构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。标尺光栅和光栅读数头相对移动，标尺光栅的条纹和光栅读数头的条纹（莫尔条纹）产生明暗信号，由读数头的电路转换成信号输出。
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。
一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。
安装基面：安装光栅尺位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。
基座要求做到：(1)应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。(2)该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
主尺安装：将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。
在安装光栅主尺时，应注意：
(1) 在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。(2)在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。(3)不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。
读数头安装：在安装读数头时，如果发现安装条件非常的有限，可以考虑使用附件，如角铝、直板，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。安装完毕后，可以用大拇指接触读数头与光栅尺尺身表面是否平滑、平整。
限位装置：光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。
传感器检查：光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，观察数显表与千分表的数据是否一致。通过上述工作，光栅尺线位移传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，传感器应附带加装防护罩，防护罩的设计是按照传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，防护罩采用橡皮密封，避免光栅尺进油进水防止铁屑。