光柵尺

        KA300光柵尺的實質是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。高分辨率的KA300光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，目前(2006年)KA300光柵尺位移傳感器系統多采用電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與KA300光柵尺刻線大致垂直的方向上就會產生莫爾條紋，隨著KA300光柵尺的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對KA300光柵尺柵距的測量轉換為對莫爾條紋個數的測量。 　　在一個莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現電子細分與判向功能。例如，柵線為50線對/mm的KA300光柵尺，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數脈沖，這在工業普通測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，通常采用由低漂移運放構成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數脈沖，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對方波的相位進行判別比較，就可以得到KA300光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進行計數，可以得到KA300光柵尺的位移和速度。
 

　　KA300光柵尺是精密的光柵測量系統,適用于大量程的精密測量. 尤其適用于測量, 醫療設備,精密現代化加工設備. 數控加工中心，鏜床，鏜床，鏜床，自動卸貨機，金屬板壓制和焊接機，機器人和自動化科技，生產過程測量機器，線性產品, 直線馬達, 直線導軌定位等。
 

　　LE輸出信號為矩形方波。A，B相 相差90°的兩路波形，能夠指示出移動距離以及方向。零位信號間距50mm ?？蛇x購RS422長線輸出。
 

　　KA300光柵尺將直線的位移變化轉換為脈沖信號. 脈沖信號的數量對應移動的距離，脈沖頻率則反應了運動速度。LE 本體部分由5只精密軸承，玻璃光柵，LED光照系統，鋁合金外殼組成。
 

　　產品特點
 

　　KA300光柵尺供應 光學尺 電子尺
 

　　KA300光柵尺，屬光電傳感器，多運用在精密機加工和數控鏜床上，用來精密測量物體的位移，作用
 

　　是對刀具和工件的坐標起一個檢測的作用,在數控鏜床中常用來觀察其是否走刀有誤差,以起到
 

　　一個補償刀具的運動的誤差的補償作用.
 

　　KA300光柵尺的實質是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。光柵移動產生的莫
 

　　爾條紋與電子電路以及單片機相結合來完成對位移量的自動測量，它具有判別KA300光柵尺移動方向、
 

　　預置初值、實現自動定位控制及過限報警、自檢和掉電保護以及溫度誤差修正等功能。
 

　　一、KA300光柵尺特點：
 

　　1、 先進的電子技術及個性化設計；
 

　　2、 計數響應速度快，功能多；
 

　　3、 直接在數顯表上進行正弦、余弦、正切函數等函數計算；
 

　　4、 可以在X和Y方向進行自動刀具補償；
 

　　5、 堅固耐用的合金外殼，不易刮傷，且美觀大方；
 

　　6、 電源和信號抗干擾能力強；
 

　　7、 優質耐用的按鍵面板，且更換簡單、方便。
 

　　二、KA300光柵尺用途：
 

　　主要應用于直線移動導軌機構，可實現移動量的精確顯示和自動控制，廣泛應用于鏜床加
 

　　工和儀器的精密測量?？晒┎煌幐竦母黝愮M床、儀器數字化改造選用，還可根據用戶的特殊
 

　　需要進行特殊制作。
 

　　數顯裝置由傳感器與數顯表兩大部分組成。通過傳感器把有形的位置信息轉換成電信號，經過
 

　　處理后以數字形式顯示出來。產品分為 QH-200型(小型尺)、QH-400型(標準型)、QH-600型
 

　　(大型尺)，輸出波形為單方波、雙方波、正弦等多種波形方式，配備的電箱有：1、DRO2M和
 

　　DRO3M多功能鏜床用的兩軸和三軸數顯表，可以用于大多數的設備、也可以用于鏜床和鏜床；2
 

　　、DRO2L和DRO2G是針對鏜床和鏜床而開發的數顯表；3、DRO3E是為火花機開發的數顯
 

　　表。
 

　　三、KA300光柵尺技術參數：
 

　　1、電壓范圍：AC 80V∽260V 50HZ∽60 HZ
 

　　2、功耗：25VA
 

　　3、工作溫度：0°C∽45°C
 

　　5、相對濕度：<90%(20±5°C)
 

　　6、重量：約3.2kg
 

　　7、坐標數：二坐標、三坐標
 

　　8、顯示：帶符號7位顯示(兩軸或三軸)數據，信息窗采用8位米字顯示符號輸出
 

　　9、倍頻數：4X
 

　　10、顯示箱允許輸入信號：TTL方波
 

　　11、允許輸入信號頻率：>100KHz
 

　　12、長度分辨率：10μm 、5μm、2μm、1μm、0.5μm
 

　　13、操作鍵盤：密封薄膜式輕觸按鍵
 

　　14、KA300光柵尺：柵距為0.02mm，供電電源為±5V，輸出兩路相差90°的TTL方波信號(帶零位信號
 

　　)，電流50mA(精度有±3μm、±5μm、±10μm)
 

　　四、KA300光柵尺功能 基本功能：
 

　　1、清零；2、預置數；3、公/英制轉換；4、/相對坐標轉換/200組用戶坐標顯示；5、停電
 

　　記憶；6、“1/2”值功能鍵顯示；7、線性誤差修正；8、睡眠關機(DRO—3E數顯箱無此功能)
 

　　9、200點輔助零位功能；10、自動尋找零位功能
 

　　KA300光柵尺具有單層及雙層防護密封條：采用特殊的耐油、耐蝕、高彈性及抗老化塑膠，防水、防塵性能優異，使用壽命長。防護等級達到IP53。
 

　　KA300光柵尺具有可靠的光學測量系統：滑動部件采用已被驗證為zui可靠耐用的高精度五軸承系統設計，保證光學機械系統的穩定性，具有優異的重復定位性和高等級的測量精度。
 

　　光柵玻璃尺：采用先進的光柵制作技術，可制作各種規格的高精度光柵玻璃尺，zui長可做到3000mm(不接長)。
 

　　KA300光柵尺產品用途
 

　　拉桿連接，安裝極為方便，讀數頭用精密軸承沿標尺定向，自由移動時通過拉桿連接，能準確計量?？蓪崿F遠端推拉讀數頭準確計量，適用于讀數頭無法直接固定的場合。
 

　　TTL、EIA-422信號集電極開路輸出，方便與可編程控制器接口。
 

　　(注：不配套拉桿，只配套傳感器和連接塊)
 

　　KA300光柵尺：分為敞開式和封閉式兩類。其中敞開式為高精度型，產品型號為JCT，輸出波形為正弦波，主要用于精密儀器的數字化改造，zui高分辨率可達0.1um。封閉式則主要用于普通鏜床、儀器的數字化改造，輸出波形為方波，按外形分類可分為小型尺、標準尺、大型尺三類，型號分別為JCXF型、JCXE型、JCXG型，其中大型尺(JCXG型)zui長可做到3000mm，分辨率有0.5μ、1μ、2μ、5μ、10μ。此外根據用戶需求，可提供各種安裝附件以方便系統安裝。
 

　　一、KA300光柵尺應用
 

　　線位移KA300光柵尺數顯系統主要應用于直線移動導軌機構或精密位移量的測量，可實現移動量的高精確顯示和自動控制，
 

　　已廣泛應用于鏜床加工和儀器的精密測量。目前該產品已形成多種系列，品種齊全，制作精巧，技術精良，可供不同規格的
 

　　各類鏜床、儀器數字化改造選用，還可根據用戶的特殊需要進行特殊制作。配套相應的數顯系統可以用于鏜床改造、鏜床改造、
 

　　鏜床改造、鏜床改造、火花機改造、鉆床改造、坐標測 量、投影測量等。
 

　　二、KA300光柵尺分類
 

　　1、按外型分大型尺：QH-200 QH-400 QH-600 QH-800
 

　　2、按分辨率分有：0.2u----25u
 

　　3、按供電電壓分有：5V----24V
 

　　4、按輸出信號分有TTL方波、TTL方波、HTL方波(5V、12V、15V、24V)、RS422信號、正弦電壓信號1Vp-p
 

　　三、KA300光柵尺詳細說明
 

　　柵距：0.01mm(100線對/mm)、0.02mm(50線對/mm)、0.04mm(25線對/mm)
 

　　精度：±0.008mm、±0.01mm、±0.015mm、(20℃ 1000mm)
 

　　參考標記：間隔25mm、間隔50mm、間隔100mm、間隔200mm、或全量程任意位置設一個位置參考點(ABS)
 

　　量程：1000mm以內任意選擇
 

　　分辨率：0.2u---25u                  響應速度：25m/min、 60m/min
 

　　工作溫度：0-45℃                    存儲溫度：-40℃-55℃
 

　　KA300光柵尺：光柵是結合數碼科技與傳統印刷的技術，能在特制的膠片上顯現不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢動畫片段，匪夷所思的幻變效果。
 

　　KA300光柵尺是一張由條狀透鏡組成的薄片，當我們從鏡頭的一邊看過去，將看到在薄片另一面上的一條很細的線條上的圖像，而這條線的位置則由觀察角度來決定。如果我們將這數幅在不同線條上的圖像，對應于每個透鏡的寬度，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上，當我們從不同角度通過透鏡觀察，將看到不同的圖像。
 

　　KA300光柵尺 其實起到的作用是對刀具和工件的坐標起一個檢測的作用,在數控鏜床中常用來觀察其是否走刀有誤差,以起到一個補償刀具的運動的誤差的補償作用.其實就象人眼睛看到我切割偏沒偏的作用.然后可以給手起到一個是否要調整我是否要改變用力的標準.
 

　　相當于眼睛.
 

　　一、引言
 

　　目前在精密機加工和數控機庫中采用的精密位稱數控系統框圖如圖1所示。
 

　　隨著電子技術和單片機技術的發展，KA300光柵尺在位移測量系統得到廣泛應用，并逐步向智能化方向轉化。
 

　　圖2是利用KA300光柵尺構成的位移量自動測量系統原理示意圖。該系統采用KA300光柵尺移動產生的莫爾條紋與電子電路以及單片機相結合來完成對位移量的自動測量，它具有判別光柵移動方向、預置初值、實現自動定位控制及過限報警、自檢和掉電保護以及溫度誤差修正等功能。下面對該系統的工作原理及設計思想作以介紹。
 

　　二、電子細分與判向電路
 

　　KA300光柵尺的實質是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。目前高分辨率的KA300光柵尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，本系統采用了電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產生莫爾條紋，隨著光柵的移動，莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉換為對莫爾條紋個數的測量，同量莫爾條紋又具有光學放大作用，其放大倍數為 ：
 

　　(1)
 

　　式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距(節距)；θ為兩塊光柵的夾角，rad
 

　　在一個莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現電子細分與羊向功能。本系統采用的KA300光柵尺柵線為50線對/mm，其光柵柵距為0.02mm，若采用四細分后便可得到分辨率為5μm的計數脈沖，這在一般工業測控中已達到了很高精度。由于位移是一個矢量，即要檢測其大小，又要檢測其方向，因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波，我們采用了由低漂移運放構成的差分放大器。由4個滏電器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2，為得到判向和計數脈沖，需對這兩路信號進行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波，經由兩個與或非門74LS54芯片組成的四細分判向電路輸入可逆計數器，zui后送入由8031組成的單片機系統中進行處理。
 

　　三、單片機與接口電路
 

　　為實現可逆計數和提高測量速度，系統采用了193可逆計數器。假設工作平臺運行速度為v，光柵傳感器柵距為d，細分數為N，則計數脈沖的頻率為：
 

　　(2)
 

　　若v=1m/s,d=20μm,N=20，則f=1MHz，對應計數時間間隔為1，顯然對于8031單片機系統的響應為2μs是不能勝任的。經可逆計數器分頻后，可大大地提高測量速度。
 

　　由于193是4位二進制輸出，為與單片機接口，把兩片193采用了級聯的方式，這樣zui多可計255個脈沖，若再來脈沖，進位端或借位端將輸出一個脈沖送到單片機T0、T1端計數，保證送到8031的信號不丟失。
 

　　本系統長度zui大可測幾米(由光柵實際長度決定)，zui小分辨率為μm級，需要7個顯示數據。正向運行時不顯示符號，反向運行時需顯示"-"號，所以連同符號位，共需8個顯示塊。為了符全人們應用習慣，顯示塊選用共陰極LED。
 

　　為實現測量系統的智能化，設置了一個2×8方式鍵盤矩陣，其中包括0～9共10個數字鍵和6個功能鍵：L/A長度/角度轉稱功能鍵； /-符號轉換功能鍵；ΔT溫度誤差修正功能鍵；EXE執行鍵；ENT預置鍵CE(清零鍵)。鍵盤、顯示器與單片機之間通過一個接口芯片8155來連接。其中，8155的PA口設置轔基本輸出方式，作為8位LED顯示的段碼線；PB口設為輸出方式，作為8位LED的位選線；PC口設為輸入方式，作為鍵盤的行掃描線。PB口俠選線每次選通1位顯示，每次顯示1ms，由于人眼視覺惰性，可產生8位顯示塊同時顯示現象。
 

　　由于從前置電路74LS54出來的脈沖經過2片193分頻后，直接進入8031的僅為大于255的"大"數，而小于255的"小"數是由兩片193輸出通過I/O接口輸入到8031內部處理，這個I/O接口芯片是通過擴展一片8255實現的。其中，8255PB口設為基本輸入方式，PB0-PB3作為1#193輸入，PB4～PB7作為2#193輸入。PA口、PC口的低位設為輸出，作為系統并行BCD碼輸出。由于8031單片機無內ROM，應外擴展一片2732(4k EPROM)。只用PSEN片選，不必增加地址譯碼。為鎖存8031P0口輸入的地址信號，在8031和2732之間需加一片74LS373地址鎖存器。
 

　　四、軟件設計
 

　　根據硬件電路和系統功能要求，我們設計了軟件程序，由于采用了溫度誤差修正子程序，可使檢測的精度得到大大提高。光柵傳感器是光機電一體化結構，KA300光柵尺是由玻璃制做，外殼是由型鋁材料。當環境溫度變化時，必然會引起結構尺寸改變導致光柵柵距的變化，帶來檢測誤差。設定環境溫度為20℃時為檢測標準值，與標準值比較測出溫度變化時帶來的位移誤差值，KA300光柵尺即時測出位移誤差一溫度特殊性性曲線，由特性曲線擬合出誤差一溫度方程式，作為軟件溫度誤差修正的基礎。本系統軟件采用模塊化結構，軟件編制簡潔，緊湊合理。
 

　　五、結論
 

　　根據上述硬件電路和軟件設計，經實驗測試，KA300光柵尺系統的測精度可優于±5μm，目前，我們研制的利用光柵傳感器進行長度、角度自動測量的智能儀表已形成系列產品，分辨率可從20μm到1μm，具有性能穩定、抗干擾能力強、體積小、結構緊湊、成本低等優點，已成功地應用于機庫改造和相關的光電尺寸與位置檢測系統中。
 

　　KA300光柵尺位移傳感器的介紹
 

　　一、位移傳感器基本原理
 

　　光柵KA300光柵尺位移傳感器的工作原理，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，整形電路整形后，得到兩路相差為90o的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。
 

　　二、KA300光柵尺移傳感器安裝方式
 

　　光柵KA300光柵尺線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在鏜床的不同部位。
 

　　一般將主尺安裝在鏜床的工作臺(滑板)上，隨鏜床走刀而動，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。如果由于安裝位置限制必須采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鏜床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應安裝在相對鏜床運動的部件上(如滑板)。
 

　　1、KA300光柵尺位移傳感器安裝基面
 

　　安裝線KA300光柵尺位移傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的鏜床身上，更不能安裝在打底涂漆的鏜床身上。光柵主尺及讀數頭分別安裝在鏜床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查鏜床工作臺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，移動工作臺，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KA300光柵尺基座?；笞龅剑孩賾右桓cKA300光柵尺尺身長度相等的基座(基座長出KA300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于±0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與KA300光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數頭與KA300光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
 

　　2、KA300光柵尺位移傳感器主尺安裝
 

　　將光柵主尺用M4螺釘上在鏜床安裝的工作臺安裝面上，但不要上緊，把千分表固定在床身上，移動工作臺(主尺與工作臺同時移動)。用千分表測量主尺平面與鏜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KA300光柵尺主尺時，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后，用一個卡子卡住尺身中點(或幾點)。
 

　　(3) 不能安裝卡子時，用玻璃膠粘住KA300光柵尺身，使基尺與主尺固定好。
 

　　3、位移傳感器讀數頭的安裝
 

　　在安裝讀數頭時，首先應保證讀數頭的基面達到安裝要求，然后再安裝讀數頭，其安裝方法與主尺相似。zui后調整讀數頭，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
 

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