設計一光柵莫爾條紋測距裝置

❶ 簡述光柵位移測量儀是如何辯別位移方位的

●光柵尺位移感測器的介紹

一、位移感測器基本原理
光柵位移感測器的工作原理，是由一對光柵副中的主光柵（即標尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進行相對位移時，在光的干涉與衍射共同作用下產生黑白相間（或明暗相間）的規則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經過光電器件轉換使黑白（或明暗）相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，再經過放大器放大，整形電路整形後，得到兩路相差為90°的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。
二、位移感測器安裝方式
光柵線位移感測器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。
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）。
1、位移感測器安裝基面
安裝光柵線位移感測器時，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。
2、位移感測器主尺安裝
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，應注意如下三點：
（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。
3、位移感測器讀數頭的安裝
在安裝讀數頭時，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。
4、位移感測器限位裝置
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。
5、位移感測器檢查
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。
通過以上工作，光柵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，光柵感測器應附帶加裝護罩，護罩的設計是按照光柵感測器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護罩通常採用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。
三、位移感測器使用注意事項
（1）光柵感測器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源後進行。
（2）盡可能外加保護罩，並及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵感測器殼體內部。
（3）定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。
（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻塗上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。
（5） 為保證光柵感測器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。
（6） 光柵感測器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵感測器即失效了。
（7） 不要自行拆開光柵感測器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距，否則一方面可能破壞光柵感測器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，以而造成光柵尺報廢。
（8） 應注意防止油污及水污染光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋分布，引起測量誤差。
（9） 光柵感測器應盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質量。

❷ 光柵莫爾條紋測量裝置，一般為什麼有四列信號輸出

1、光柵尺是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固內定部件上，光容柵讀數頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。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、光電元件及調整等組成。光柵讀數頭結構形式很多，根據讀數頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數頭(或稱硅光電池讀數頭、鏡像式讀數頭、分光鏡式讀數頭、金屬光柵反射式讀數頭）。

2、莫爾條紋是兩條線或兩個物體之間以恆定的角度和頻率發生干涉的視覺結果，當人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋，這種光學現象中的花紋就是莫爾條紋。

❸ 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)設計一光柵莫爾條紋測距裝置擴展閱讀

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

❹ 用莫爾條紋分析光柵感測器的原理及應用

工作原理：當使指示光柵上的條紋與標尺光柵上的條紋成一角度來放置兩光柵尺時，必然會造成兩光柵尺上的條紋互相交叉。再光源的照射下，交叉點近旁的小區域內由於黑色線紋重疊，因而避光面積最小，擋光效應最弱，光的累積作用使得這個區域出現亮帶。相反，交叉點較遠的區域，因兩光柵尺不透明的黑色先問的重疊部分變得越來越少，不透明區域面積逐漸變大，即遮光面積變大，使得擋光效應變強，只有較少的光線能通過這個區域透過光柵，使得這個區域出現暗帶。應用：評價及測試光柵質量 光刻對准中，莫爾條紋進行納米級高精度自動對准,如納米壓印對准

❺ 用莫爾條紋分析光柵感測器的原理及應用

我們課本就是這樣寫的。。。我親自打出來的，不是復制奧
原理：指示光柵與標尺光柵疊放在一起，中間留有適當的微小間隙，並使兩塊光柵的刻線之間保持一很小的夾角口，兩塊光柵的刻線相交，當在諸多相交刻線的垂直方向有光源照射時，光線就從兩塊光柵刻線重和處的縫隙通過，於是就形成了明暗條紋，這些條文成為莫爾條紋。
特性：1.調整夾角即可得到很大的莫爾條紋寬度，起到了放大作用，又提高了測量精度
2.莫爾條紋有位移放大作用
3.莫爾條紋對光柵刻線的誤差起到了平均作用

❻ 光柵尺的原理及結構

結構：

光柵尺是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固定部件上，光柵讀數頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。右圖所示的就是光柵尺的結構。

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。光柵讀數頭結構形式很多，根據讀數頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數頭(或稱硅光電池讀數頭、鏡像式讀數頭、分光鏡式讀數頭、金屬光柵反射式讀數頭）。

原理：

以透射光柵為例，當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，並且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位於幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為「莫爾條紋」。

嚴格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。

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使用注意事項

（1）光柵尺感測器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源後進行。

（2）盡可能外加保護罩，並及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵尺感測器殼體內部。

（3）定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。

（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻塗上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。

（5） 為保證光柵尺感測器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。

（6） 光柵尺感測器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵尺感測器即失效了。

❼ 莫爾條紋測量位移電路設計

❽ 分析光柵位移感測器莫爾條紋放大作用原理並討論其數量關系

莫爾條紋是兩條線或兩個物體之間以恆定的角度和頻率發生干涉的視覺結果，當人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋，這種光學現象就是莫爾條紋。
如果兩個光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角θ=0.1°，則莫爾條紋的寬度B=11.43㎜莫爾條紋的放大倍數K=
573.2。
莫爾條紋數量與位移的關系實現精密位移測量，能夠滿足接觸、非接觸、小量程、大量程、一維、多維等各種需求的測量與控制反饋。

❾ 光柵尺有哪些部件組成，莫爾條紋的作用是什麼

1、光柵尺，也稱為光柵尺位移感測器（光柵尺感測器），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。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。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。例如，在數控機床中常用於對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償刀具的運動誤差的作用。
2、光柵尺是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固定部件上，光柵讀數頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。右圖所示的就是光柵尺的結構。

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。光柵讀數頭結構形式很多，根據讀數頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數頭(或稱硅光電池讀數頭、鏡像式讀數頭、分光鏡式讀數頭、金屬光柵反射式讀數頭）。
3、莫爾條紋

以透射光柵為例，當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ，並且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位於幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為「莫爾條紋」
(右圖所示)。嚴格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。
4、
莫爾條紋具有以下特徵：

(1)莫爾條紋的變化規律

兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。由於光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規律近似正(余)弦函數，變化周期數與光柵相對位移的柵距數同步。

(2)放大作用

在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關系。式中，θ的單位為rad，W的單位為mm。由於傾角很小，sinθ很小，則

W=ω /θ

若ω
=0．01mm，θ=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大了100倍。

(3)均化誤差作用

莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米100線的光柵，10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣柵距之間的相鄰誤差就被平均化了，消除了由於柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。