李磊《数控系统》光栅

再上新课之前，我们还是先回顾一下前两节课所学的内容。我们前两节课学了哪些知识啊？同学们大点声音告诉我!旋转变压器感应同步器工作原理？它们的工作都是依靠电磁学原理那么光栅的工作又是依靠什么原理呢？它的结构和工作原理又是怎样的呢？我们带着这些问题，进入我们今天的学习！首先，请大家把书翻开45页，把第一段引言部分看完，回答我下面四个问题：1、什么是光栅？2、它的工作是利用什么原理？3、光栅的特点？4、常见的光栅在形式上可分为哪几类？光栅是数控机床和数显系统常用的光电检测元件。它的工作是利用光学原理。它具有精度高，相应速度快等优点。长光栅和圆光栅。直线位移角位移接下来我们来认识一下光栅！下面是一些光栅的实物图！请同学们认真观看!安装有直线光栅的数控机床加工实况防护罩内为直线光栅前面所看的图片中，有各种各样不同类型的光栅。实际中长光栅应用较多，因此本节课我们着重介绍常用的投射式直线光栅。光栅的结构光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。光栅读数头标尺光栅光栅尺指示光栅标尺光栅标尺光栅和光栅读数头中的指示光栅构成光栅尺。需要注意的几点：1、长的为标尺光栅，短的为指示光栅。2、两光栅上均刻有相互平行的透光和不透光相间的线纹，线纹与两光栅相对移动的方向垂直。3、透光和不透光线纹的宽度是相等的。4、常见的长光栅的线纹宽度为25、50、100、125、250线/mm光栅读数头光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动控制线路组成。光源透镜标尺光栅指示光栅光敏元件驱动线路白炽灯发出光线把光线变成平行光束将光信号转换为电信号对输出信号进行功率和电压放大光栅读数头的结构形式按光路分，除了我们刚才讲的垂直入射式外，常见的还有分光读数头、反射读数头等。光源透镜标尺光栅指示光栅透镜挡板光敏元件光源透镜标尺光栅指示光栅透镜光敏元件分光读数头反射读数头光栅的原理工作光栅的工作是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行的。莫尔条纹？莫尔条纹，是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，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。将标尺光栅与指示光栅相互平行叠放并保持一定的间隙，然后将指示光栅在其自身平面内倾斜一个很小的角度，使其线纹与标尺光栅的线纹成一夹角，则两光栅上的线纹互相交叉。这样，在光源的照射下，就形成了与光栅线纹几乎垂直的明暗相间的宽线纹，这就是摩尔条纹。tt注意1、相邻两条亮带或相邻两条暗带之间的距离称为摩尔条纹的宽度W。2、W与光栅的栅距、两光栅线纹间的夹角之间的关系近似为tt/W莫尔条纹的特点1、当用平行光束照射光栅时，摩尔条纹光强的变化规律近似于正弦函数。tt2、摩尔条纹的移动与两光栅之间的相对移动具有对应关系。一是，摩尔条纹的移动量与两光栅之间的位移量有严格的对应关系，当两光栅相对移动一个栅距时，摩尔条纹便相应移动一个摩尔条纹宽度W。t标尺光栅指示光栅tW走二是摩尔条纹的移动方向与两光栅相对移动的方向垂直，当两光栅相对移动的方向改变时，摩尔条纹移动的方向也随之改变。指示光栅相对标尺光栅的转角方向标尺光栅相对于指示光栅的移动方向摩尔条纹移动方向顺时针方向转角向右向上向左向下逆时针方向转角向右向下向左向上摩尔条纹移动方向与光栅尺移动方向及光栅线纹夹角的关系如下表:那我们一起来做个实验验证一下这个关系！动画演示1指示光栅标尺光栅指示光栅相对标尺光栅顺时针方向转角向右向左动画演示2指示光栅相对标尺光栅逆时针方向转角指示光栅标尺光栅向右向左3、摩尔条纹具有放大作用。由可知，摩尔条纹宽度把光栅栅距放大1/倍。若=0.01mm，=0.01rad，则W=1mm。可见，仅利用光的干涉现象，就把光栅的栅距转换成放大100倍的摩尔条纹的宽度，如果再小一些，则放大倍数更大。t/Wt4、莫尔条纹有平均误差作用。由于摩尔条纹是由一系列光栅线纹共同干涉形成的，所以他对光栅各线纹之间的局部栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。这节课新课内容结束，以下为下一节课需要接着学习的内容，请同学们下来之后，做好预习。1、位移大小、方向、速度的检测2、光栅测量系统复习与小结这节课我们主要讲解了以下内容：1、光栅的结构。2、摩尔条纹的特点。3、光栅的工作原理（剩下一部分下节课接着学习）。课后作业1、P66复习思考题8、9。（必做题，巩固课堂上所学内容。）2、试简述光栅的工作原理。（选作题，成绩不错的学生可以尝试做一做。）