设计一光栅莫尔条纹测距装置

❶ 简述光栅位移测量仪是如何辩别位移方位的

●光栅尺位移传感器的介绍

一、位移传感器基本原理
光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
二、位移传感器安装方式
光栅线位移传感器的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。
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）。
1、位移传感器安装基面
安装光栅线位移传感器时，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。
2、位移传感器主尺安装
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，应注意如下三点：
（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。
3、位移传感器读数头的安装
在安装读数头时，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。
4、位移传感器限位装置
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。
5、位移传感器检查
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。
通过以上工作，光栅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，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。
三、位移传感器使用注意事项
（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。
（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。
（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
（5） 为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。
（6） 光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。
（7） 不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。
（8） 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。
（9） 光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。

❷ 光栅莫尔条纹测量装置，一般为什么有四列信号输出

1、光栅尺是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固内定部件上，光容栅读数头装在机床活动部件上，指示光栅装在光栅读数头中。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、光电元件及调整等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头）。

2、莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象中的花纹就是莫尔条纹。

❸ 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)设计一光栅莫尔条纹测距装置扩展阅读

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

❹ 用莫尔条纹分析光栅传感器的原理及应用

工作原理：当使指示光栅上的条纹与标尺光栅上的条纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的条纹互相交叉。再光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而避光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色先问的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使得这个区域出现暗带。应用：评价及测试光栅质量 光刻对准中，莫尔条纹进行纳米级高精度自动对准,如纳米压印对准

❺ 用莫尔条纹分析光栅传感器的原理及应用

我们课本就是这样写的。。。我亲自打出来的，不是复制奥
原理：指示光栅与标尺光栅叠放在一起，中间留有适当的微小间隙，并使两块光栅的刻线之间保持一很小的夹角口，两块光栅的刻线相交，当在诸多相交刻线的垂直方向有光源照射时，光线就从两块光栅刻线重和处的缝隙通过，于是就形成了明暗条纹，这些条文成为莫尔条纹。
特性：1.调整夹角即可得到很大的莫尔条纹宽度，起到了放大作用，又提高了测量精度
2.莫尔条纹有位移放大作用
3.莫尔条纹对光栅刻线的误差起到了平均作用

❻ 光栅尺的原理及结构

结构：

光栅尺是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固定部件上，光栅读数头装在机床活动部件上，指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的结构。

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。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头）。

原理：

以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”。

严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。

(6)设计一光栅莫尔条纹测距装置扩展阅读

使用注意事项

（1）光栅尺传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。

（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。

（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。

（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。

（5） 为保证光栅尺传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。

（6） 光栅尺传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅尺传感器即失效了。

❼ 莫尔条纹测量位移电路设计

❽ 分析光栅位移传感器莫尔条纹放大作用原理并讨论其数量关系

莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K=
573.2。
莫尔条纹数量与位移的关系实现精密位移测量，能够满足接触、非接触、小量程、大量程、一维、多维等各种需求的测量与控制反馈。

❾ 光栅尺有哪些部件组成，莫尔条纹的作用是什么

1、光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。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。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
2、光栅尺是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固定部件上，光栅读数头装在机床活动部件上，指示光栅装在光栅读数头中。右图所示的就是光栅尺的结构。

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。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头）。
3、莫尔条纹

以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”
(右图所示)。严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。
4、
莫尔条纹具有以下特征：

(1)莫尔条纹的变化规律

两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。

(2)放大作用

在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系。式中，θ的单位为rad，W的单位为mm。由于倾角很小，sinθ很小，则

W=ω /θ

若ω
=0．01mm，θ=0.01rad，则上式可得W=1，即光栅放大了100倍。

(3)均化误差作用

莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了，消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。