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光標尺，數(shù)顯尺，電子尺
- 產(chǎn)品型號：
- 更新時間：2024-11-05
- 產(chǎn)品介紹：光標尺將直線的位移變化轉(zhuǎn)換為脈沖信號. 脈沖信號的數(shù)量對應(yīng)移動的距離，脈沖頻率則反應(yīng)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(tǒng)，鋁合金外殼組成。
- 廠商性質(zhì)：代理商
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產(chǎn)品介紹
光標尺是精密的光柵測量系統(tǒng),適用于大量程的精密測量. 尤其適用于測量, 醫(yī)療設(shè)備,精密現(xiàn)代化加工設(shè)備. 數(shù)控加工中心，機床，磨床，銑床，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(chǎn)過程測量機器，線性產(chǎn)品, 直線馬達, 直線導(dǎo)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。
光標尺將直線的位移變化轉(zhuǎn)換為脈沖信號. 脈沖信號的數(shù)量對應(yīng)移動的距離，脈沖頻率則反應(yīng)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(tǒng)，鋁合金外殼組成。
產(chǎn)品特點
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(yōu)異，使用壽命長。防護等級達到IP53。
具有可靠的光學(xué)測量系統(tǒng)：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(tǒng)設(shè)計，保證光學(xué)機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的重復(fù)定位性和高等級的測量精度。
光柵玻璃尺：采用良好的光柵制作技術(shù)，可制作各種規(guī)格的高精度光柵玻璃尺，zui長可做到3000mm（不接長）。
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產(chǎn)品用途
拉桿連接，安裝極為方便，讀數(shù)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(xiàn)遠端推拉讀數(shù)頭準確計量，適用于讀數(shù)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）
光柵傳感器：分為敞開式和封閉式兩類。其中敞開式為高精度型，產(chǎn)品型號為JCT，輸出波形為正弦波，主要用于精密儀器的數(shù)字化改造，zui高分辨率可達0.1um。封閉式則主要用于普通機床、儀器的數(shù)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(jù)用戶需求，可提供各種安裝附件以方便系統(tǒng)安裝。
一、光標尺應(yīng)用
線位移光柵傳感器數(shù)顯系統(tǒng)主要應(yīng)用于直線移動導(dǎo)軌機構(gòu)或精密位移量的測量，可實現(xiàn)移動量的高精確顯示和自動控制，
已廣泛應(yīng)用于機床加工和儀器的精密測量。目前該產(chǎn)品已形成多種系列，品種齊全，制作精巧，技術(shù)精良，可供不同規(guī)格的
各類機床、儀器數(shù)字化改造選用，還可根據(jù)用戶的特殊需要進行特殊制作。配套相應(yīng)的數(shù)顯系統(tǒng)可以用于車床改造、銑床改造、
鏜床改造、磨床改造、火花機改造、鉆床改造、坐標測量、投影測量等。
二、光標尺分類
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、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(shè)一個位置參考點（ABS）
量程：1000mm以內(nèi)任意選擇
分辨率：0.2u---25u 響應(yīng)速度：25m/min、 60m/min
工作溫度：0-45℃ 存儲溫度：-40℃-55℃
光柵：光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現(xiàn)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。
光柵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(shù)幅在不同線條上的圖像，對應(yīng)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。
光標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(shù)控機床中常用來觀察其是否走刀有誤差,以起到一個補償?shù)毒叩倪\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(diào)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(shù)控機庫中采用的精密位稱數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。
隨著電子技術(shù)和單片機技術(shù)的發(fā)展，光柵傳感器在位移測量系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，并逐步向智能化方向轉(zhuǎn)化。
圖2是利用光柵傳感器構(gòu)成的位移量自動測量系統(tǒng)原理示意圖。該系統(tǒng)采用光柵移動產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路以及單片機相結(jié)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(yù)置初值、實現(xiàn)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(tǒng)的工作原理及設(shè)計思想作以介紹。
二、電子細分與判向電路
光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。目前高分辨率的光標尺一般造價較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對莫爾條紋進行細分，本系統(tǒng)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(chǎn)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(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量，同量莫爾條紋又具有光學(xué)放大作用，其放大倍數(shù)為：
?。?）
式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距（節(jié)距）；θ為兩塊光柵的夾角，rad
在一個莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細分與羊向功能。本系統(tǒng)采用的光標尺柵線為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(shù)脈沖，這在一般工業(yè)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(gòu)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(shù)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(jīng)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(shù)器，zui后送入由8031組成的單片機系統(tǒng)中進行處理。
三、單片機與接口電路
為實現(xiàn)可逆計數(shù)和提高測量速度，系統(tǒng)采用了193可逆計數(shù)器。假設(shè)工作平臺運行速度為v，光柵傳感器柵距為d，細分數(shù)為N，則計數(shù)脈沖的頻率為：
?。?）
若v=1m/s,d=20μm,N=20，則f=1MHz，對應(yīng)計數(shù)時間間隔為1，顯然對于8031單片機系統(tǒng)的響應(yīng)為2μs是不能勝任的。經(jīng)可逆計數(shù)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(lián)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(shù)，保證送到8031的信號不丟失。
本系統(tǒng)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(shù)據(jù)。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(yīng)用習(xí)慣，顯示塊選用共陰極LED。
為實現(xiàn)測量系統(tǒng)的智能化，設(shè)置了一個2×8方式鍵盤矩陣，其中包括0～9共10個數(shù)字鍵和6個功能鍵：L/A長度/角度轉(zhuǎn)稱功能鍵；+/-符號轉(zhuǎn)換功能鍵；ΔT溫度誤差修正功能鍵；EXE執(zhí)行鍵；ENT預(yù)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(shè)置轔基本輸出方式，作為8位LED顯示的段碼線；PB口設(shè)為輸出方式，作為8位LED的位選線；PC口設(shè)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(chǎn)生8位顯示塊同時顯示現(xiàn)象。
由于從前置電路74LS54出來的脈沖經(jīng)過2片193分頻后，直接進入8031的僅為大于255的"大"數(shù)，而小于255的"小"數(shù)是由兩片193輸出通過I/O接口輸入到8031內(nèi)部處理，這個I/O接口芯片是通過擴展一片8255實現(xiàn)的。其中，8255PB口設(shè)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(shè)為輸出，作為系統(tǒng)并行BCD碼輸出。由于8031單片機無內(nèi)ROM，應(yīng)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(shè)計
根據(jù)硬件電路和系統(tǒng)功能要求，我們設(shè)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(jié)構(gòu)，光標尺是由玻璃制做，外殼是由型鋁材料。當環(huán)境溫度變化時，必然會引起結(jié)構(gòu)尺寸改變導(dǎo)致光柵柵距的變化，帶來檢測誤差。設(shè)定環(huán)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，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(chǔ)。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件編制簡潔，緊湊合理。
五、結(jié)論
根據(jù)上述硬件電路和軟件設(shè)計，經(jīng)實驗測試，系統(tǒng)的測精度可優(yōu)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(chǎn)品，分辨率可從20μm到1μm，具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低等優(yōu)點，已成功地應(yīng)用于機庫改造和相關(guān)的光電尺寸與位置檢測系統(tǒng)中。
光標尺位移傳感器的介紹
一、位移傳感器基本原理
光柵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(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號，再經(jīng)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(shù)顯表計數(shù)顯示。
二、位移傳感器安裝方式
光柵線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。
一般將主尺安裝在機床的工作臺（滑板）上，隨機床走刀而動，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)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(shù)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(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導(dǎo)線不移動易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）。
1、位移傳感器安裝基面
安裝光柵線位移傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機床身上，更不能安裝在打底涂漆的機床身上。光柵主尺及讀數(shù)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臺的主尺安裝面與導(dǎo)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(nèi)。如果不能達到這個要求，則需設(shè)計加工一件光標尺基座?；笞龅剑孩賾?yīng)加一根與光標尺尺身長度相等的基座（基座長出光標尺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(nèi)。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時，調(diào)整讀數(shù)頭位置，達到讀數(shù)頭與光標尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數(shù)頭與光標尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
2、位移傳感器主尺安裝
將光柵主尺用M4螺釘上在機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機床導(dǎo)軌運動方向的平行度，調(diào)整主尺M4螺釘位置，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時，把M2螺釘*上緊。在安裝光柵主尺時，應(yīng)注意如下三點：
?。?）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。
?。?）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）。
?。?）不能安裝卡子時，用玻璃膠粘住光標尺身，使基尺與主尺固定好。
3、位移傳感器讀數(shù)頭的安裝
在安裝讀數(shù)頭時，首先應(yīng)保證讀數(shù)頭的基面達到安裝要求，然后再安裝讀數(shù)頭，其安裝方法與主尺相似。zui后調(diào)整讀數(shù)頭，使讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi)，其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。
4、位移傳感器限位裝置
光柵線位移傳感器全部安裝完以后，一定要在機床導(dǎo)軌上安裝限位裝置，以免機床加工產(chǎn)品移動時讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光標尺。另外，用戶在選購光柵線位移傳感器時，應(yīng)盡量選用超出機床加工尺寸100mm左右的光標尺，以留有余量。
5、位移傳感器檢查
光柵線位移傳感器安裝完畢后，可接通數(shù)顯表，移動工作臺，觀察數(shù)顯表計數(shù)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(shù)顯表讀數(shù)應(yīng)相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表與數(shù)顯表同時調(diào)至零（或記憶起始數(shù)據(jù)），往返多次后回到初始位置，觀察數(shù)顯表與千分表的數(shù)據(jù)是否*。
通過以上工作，光柵傳感器的安裝就完成了。但對于一般的機床加工環(huán)境來講，鐵屑、切削液及油污較多。因此，光柵傳感器應(yīng)附帶加裝護罩，護罩的設(shè)計是按照光柵傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。
三、位移傳感器使用注意事項
?。?）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。
?。?）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%）清洗擦拭光標尺面及指示光柵面，保持玻璃光標尺面清潔。
（6）光柵傳感器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光標尺，如光標尺斷裂，光柵傳感器即失效了。
?。?）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，以而造成光標尺報廢。
?。?）應(yīng)注意防止油污及水污染光標尺面，以免破壞光標尺線條紋分布，引起測量誤差。
?。?）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光標尺表面，破壞光標尺質(zhì)量。
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