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莫尔条纹的特点
(1)放大作用 • 由于光栅刻线很密，如果不进行光学放大，则不能直接用 光敏器件来测量光栅移动所引起的光强变化，必须采用莫 尔条纹来放大栅距。因为莫尔条纹的节距W和栅距P之间的 关系为 （θ 角度非常小） • 因此莫尔条纹的纹距W要比ω 大得多，这样，虽然光栅栅距 很小，莫尔条纹清晰可见，便于测量到莫尔条纹的移动 。 • 例如 ω =0.01mm ， θ=0.01rad ，可得 W=1mm ，从而把光栅 的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。
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项目2 数控机床的位置检测装置 尺身中有磁性标尺，滑尺中有拾磁磁头，测量信号 经接口输出至数显装置或控制系统。
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1、磁性标尺
• 磁性标尺采用不导磁材料作基体，在上面镀上一层10～ 30mm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜。再用录磁磁头在 尺上记录相等节距的周期性磁化信号。
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☆根据正弦波信号周期的数目可得出被
测对象的位移； ☆根据正弦波信号的频率可得被测对象 的速度； ☆根据A、B两相的相位超前滞后关系可 判断被测对象的移动方向。
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项目2 数控机床的位置检测装置
提高刻线密度，可以提高光栅的精度。但刻线 密度达200线/mm以上的细光栅刻线制造较困难， 成本也高，因此，通常采用倍频的方法来提高光 栅的分辨率精度。
（ 4 ）由于莫尔条纹由亮纹到暗纹或由暗纹到亮纹 的光强分布近似为正弦波，所以光敏接受元件得 到的信号也近似为正弦波。
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二、光栅尺的信号处理
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• 光敏元件A、B、/A、/B的间距是1/4纹距。 • A、/A为一组差动信号，B、/B为一组差 动信号，相位差为180度。差动信号提高 了系统的抗干扰能力。 • A和B两组信号相位差为90度，用于辩向。
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项目2 数控机床的位置检测装置 2、拾磁磁头 拾磁磁头是一种磁电转换器，用来把磁性标尺上的 磁化信号检测出来变成电信号送给测量电路。
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项目2 数控机床的位置检测装置 二、工作原理
双 磁 头 检 测
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项目2 数控机床的位置检测装置
• 给两个磁头的励磁绕组上通以频率相同、相位差900 的励磁电流，将会在磁头上产生磁通，当磁头靠近磁 性标尺时，磁性标尺上的磁信号产生的磁通经过磁头 铁心，并被励磁电流产生的磁通所调制，从而在两个 磁头的拾磁绕组中产生感应输出电压u1和u2。 • 合成电压u=u1+u2 • 合成电压u的相位随磁头相对于磁尺位移量x的变化而 变化。因此，根据合成电压u的相位θ 的变化，可以 测量出磁栅的位移量；相位的正负表示正反运动方向。
项目2 数控机床的位置检测装置
项目2 数控机床的位置检测装置
任务2.2 位置检测装置——光栅尺
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项目2 数控机床的位置检测装置
任务2.2 位置检测装置——光栅尺 • 数控机床中的光栅，根据光线在光栅中是反射
还是透射分为反射光栅和透射光栅。还可以按
形状分为圆光栅和长光栅。（2）圆光栅和长光栅分别检测的是什么位移？
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项目2 数控机床的位置检测装置 • 圆光栅用于测量
角位移，长光栅
用于测量直线位 移。目前，光栅
的制作精度通过
激光技术达到了 微米级，通过细 分电路可以做到 0.1μm甚至更高的 分辨率。
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项目2 数控机床的位置检测装置
尺身
尺身安装孔
读数头
（与移动部件固定）
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光栅在数控车床上的安装位置
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光栅在数控镗铣床上的安装位置
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任务2.3 其他位置检测装置简介
2.3.1 磁栅的介绍 • 一、磁栅结构 • 磁栅是一种利用电磁感应和录磁原理对位移进行检测 的装置。 • 磁栅由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。 • 按其结构可分为直线磁栅和圆形磁栅。 • 相对光栅而言，磁栅安装调整方便，对使用环境的条 件要求较低，在油污、粉尘较多的场合下使用有较好 的稳定性，常用于机床坐标轴的数字显示和数控机床 的位置检测。
可移动电缆
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项目2 数控机床的位置检测装置
1、光栅尺的结构
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2、光栅尺的工作原理
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莫尔条纹
莫尔条纹如何形成呢？
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项目2 数控机床的位置检测装置
• 当指示光栅和主光栅相对左右移动时，就会形成 上下移动且明暗相问的条纹，该条纹称为莫尔条 纹。莫尔条纹的方向与光栅线纹方向大致垂直， 两条莫尔条纹问的距离称为纹距W。 • 如果栅距为ω ，则有近似公式W= ω /θ , 当工作 台左右移动一个栅距ω 时，莫尔条纹向上或向下 移动一个纹距W。莫尔条纹由光敏器件接受，从而 产生电信号。电信号经读数头中的电子线路处理 后，输出脉冲信号。
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光栅使用特性小结：
● 由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔条纹 对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差对测量精度 影响较小。 ● 在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接触， 没有磨损，因而精度可以长期保持。 ● 光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾斜角 都要求保持不变，制造调试比较困难。光学系统易受外界 的影响产生误差，同时又有灰尘、油、冷却液等污物的侵 入，易使光学系统变质。光栅使用棉花和高浓度酒精来清 洗，以免划伤光栅。
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项目2 数控机床的位置检测装置 2.3.2 感应同步器和旋转变压器
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(2)平均效应。 •莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如 100 条／ mm 的光栅， 10mm 宽的莫尔条纹就由 1000 条线纹组成， 这样对个别线纹的间距误差就不敏感，这在很大程 度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。
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（ 3 ）指示光栅随工作台运动方向改变时，莫尔条 纹的移动方向也呈规律变化。 • 指示光栅左移时，莫尔条纹向上移动；指示光栅 右移时，莫尔条纹向下移动。