數(shù)控鉆床利用光柵尺監(jiān)控直線軸
瀏覽量:66次 發(fā)布時間:2016-08-22 11:06:11
采用達人牌數(shù)控多軸鉆床加工深孔,系統(tǒng)自動進行多次進給排屑,而保證多次進給直線位移相同,就是利用光柵尺。光柵尺作為數(shù)控機床直線軸的位置檢測元件,相當于人的眼睛,就是監(jiān)控該直線軸在執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)的移動指令后,該直線軸是否真正準確地運行到數(shù)控系統(tǒng)指令所要求的位置。光柵尺,也稱為光柵尺位移傳感器(光柵尺傳感器),是利用莫爾條紋原理工作的反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中,可用作直線位移或角位移的檢測。
光柵尺特點
1.其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖,具有檢測范圍大,檢測精度高,反應(yīng)速度快的特點;
2.光柵尺尺身采用鋁合金型材制造,經(jīng)陽極處理,尺頭部分用合金壓鑄而成,全身鍍硬鉻,具有耐腐蝕的特點;
3.防塵片采用特種塑膠制成,具有耐腐蝕、耐刮傷、摩擦阻力小的特點;
4.光柵尺還具有抗外部干擾強、安裝使用方便、保養(yǎng)簡易、使用壽命長等特點。

光柵尺
光柵尺的光柵位置檢測裝置一般由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。光柵讀數(shù)頭包括光源、透鏡、光電元件、指示光柵等,如下圖所示。

光柵位置檢測裝置1.光源 2.透鏡 3.標尺光柵 4.指示光柵 5.光電元件
標尺光柵和指示光柵也可稱為長光柵和短光柵,它們的線紋密度相等。長光柵可安裝在機床的固定部件上(如機床床身),其長度應(yīng)大于或等于全行程;短光柵長度較短,隨光柵讀數(shù)頭安裝在機床移動部件上。例如達人數(shù)控多軸鉆床,通過光柵尺實現(xiàn)進給深度的精密控制。光柵尺的長光柵安裝在數(shù)控多軸鉆床的導(dǎo)軌支柱上,短光柵通過一個小部件與機頭連接。在安裝時,工人用千分表檢測光柵尺與導(dǎo)軌支柱表面,避免因平行度原因造成的讀數(shù)不準確等問題。

達人數(shù)控立式多軸鉆床上的光柵尺

光柵尺原理
1.工作原理
在測量時,長短兩光柵尺面相互平行地重疊在一起,并保持0.01至0.1mm的間隙,指示光柵相對標尺光柵在自身平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個微小的角度θ。當光線平行照射光柵時,由于光的投射和衍射效應(yīng),在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋——莫爾條紋,如下圖所示。

莫爾條紋
莫爾條紋兩條暗帶或明帶之間的距離稱為莫爾條紋的間距B,若光柵的柵距為W,則
,因為θ很小,則上述公式可表達為
由此可見,莫爾條紋的間距與光柵的柵距成正比,同時還具有以下幾點特點:
(1)莫爾條紋具有放大作用。由上式可知,莫爾條紋的間距B是光柵柵距W的1/θ,由于θ很小(小于10'),因此B>>W。例如,當柵距為W=0.01mm,θ=0.001rad時,莫爾條紋的間距B=10mm。所以,不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng),就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大了很多倍的莫爾條紋的寬度(例中放大了1000倍),從而大大的簡化了電子放大線路,這時光柵技術(shù)獨有的特點。
(2)莫爾條紋具有勻化誤差的作用。莫爾條紋由若干線紋組成,若光電元件接受長度為10mm,當W=0.01mm時,10mm寬的莫爾條紋就由1000條線紋組成。因此,制造上的誤差或缺陷,只會影響千分之幾的光電效果。所以,莫爾條紋測量長度時,決定其精度的不是一條線紋,而是一組線紋的平均效應(yīng)。
(3)莫爾條紋的變化具有一定的規(guī)律。長短兩光柵相對移動一個柵距W,莫爾條紋就移動一個條紋間距B,即光柵某一固定點的光按明→暗→明的規(guī)律交替變化一次。光電元件只要讀出移動的莫爾條紋的條紋數(shù),就知道光柵移動了多少柵距,也就知道了運動部件的準確位移量。
2.光柵的信號處理與辨向
在移動過程中,經(jīng)過光柵的光線,其光強呈正(余)弦函數(shù)變化,反映莫爾條紋的移動的光信號由光電元件接收轉(zhuǎn)換成近似正(余)弦函數(shù)的電壓信號。經(jīng)信號處理裝置整形、放大及微分處理后,即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號,如下圖所示:

光電轉(zhuǎn)換及信號處理
為了既能計數(shù),又能判別工作臺移動的方向,光柵用了4個光電元件,每個光電元件相距四分之一的柵距(W/4)。當指示光柵相對標尺光柵移動時,莫爾條紋通過各個光電元件的時間不一樣,光電元件的電信號雖然波形一樣,但相位相差1/4周期。根據(jù)各光電元件輸出信號的相位關(guān)系,就可確定指示光柵移動的方向。
光柵尺使用注意事項
在達人數(shù)控多軸鉆床運行,光柵尺應(yīng)注意以下幾點,其他機床也一樣。
1.光柵傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進行。
2.盡可能外加保護罩,并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傳感器殼體內(nèi)部。
3.定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動。
4.為延長防塵密封條的壽命,可在密封條上均勻涂上一薄層硅油,注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。
5.為保證光柵傳感器使用的可靠性,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.光柵傳感器嚴禁劇烈震動及摔打,以免破壞光柵尺,如光柵尺斷裂,光柵傳感器即失效了。
7.不要自行拆開光柵傳感器,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傳感器的精度;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,從而造成光柵尺報廢。
8.應(yīng)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.光柵傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴重腐蝕作用的環(huán)境中工作,以免腐蝕光柵鉻層及表面,破壞光柵尺質(zhì)量。
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