SINO信和KA300光柵尺光柵位移傳感器

KA300光柵尺的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)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(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。 　　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(shù)脈沖，這在工業(yè)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(gòu)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(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。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(shù)，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(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，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(chǎn)過程測量機器，線性產(chǎn)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 。可選購RS422長線輸出。

KA300光柵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(tǒng)，鋁合金外殼組成。

產(chǎn)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(shù)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(shù)控鏜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.
      KA300光柵尺的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱量進行測量。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KA300光柵尺移動方向、
預置初值、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。

一、KA300光柵尺特點：
1、 *進的電子技術(shù)及個性化設(shè)計；
2、 計數(shù)響應速度快，功能多；
3、 直接在數(shù)顯表上進行正弦、余弦、正切函數(shù)等函數(shù)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(yōu)質(zhì)耐用的按鍵面板，且更換簡單、方便。
二、SINO信和KA300光柵尺光柵位移傳感器用途：
       主要應用于直線移動導軌機構(gòu)，可實現(xiàn)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?guī)格的各類鏜床、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。
數(shù)顯裝置由傳感器與數(shù)顯表兩大部分組成。通過傳感器把有形的位置信息轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過
處理后以數(shù)字形式顯示出來。產(chǎn)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(shù)顯表，可以用于大多數(shù)的設(shè)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(fā)的數(shù)顯表；3、DRO3E是為火花機開發(fā)的數(shù)顯
表。

三、SINO信和KA300光柵尺光柵位移傳感器技術(shù)參數(shù)：
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(shù)：二坐標、三坐標
8、顯示：帶符號7位顯示（兩軸或三軸）數(shù)據(jù)，信息窗采用8位米字顯示符號輸出
9、倍頻數(shù)：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(shù)；3、公/英制轉(zhuǎn)換；4、/相對坐標轉(zhuǎn)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(guān)機（DRO—3E數(shù)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(yōu)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(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，保證光學機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的重復定位性和高等級的測量精度。
光柵玻璃尺：采用*進的光柵制作技術(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）。

KA300光柵尺產(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）
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(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鏜床、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、KA300光柵尺應用

 線位移KA300光柵尺數(shù)顯系統(tǒng)主要應用于直線移動導軌機構(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，
已廣泛應用于鏜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
各類鏜床、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。配套相應的數(shù)顯系統(tǒng)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(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(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。

　　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(shù)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(shù)控鏜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，KA300光柵尺在位移測量系統(tǒng)得到廣泛應用，并逐步向智能化方向轉(zhuǎn)化。

　　圖2是利用KA300光柵尺構(gòu)成的位移量自動測量系統(tǒng)原理示意圖。該系統(tǒng)采用KA300光柵尺移動產(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

　　KA300光柵尺的實質(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KA300光柵尺一般造價較貴，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放大作用，其放大倍數(shù)為 ：

　　（1）

　　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(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，對應計數(shù)時間間隔為1，顯然對于8031單片機系統(tǒng)的響應為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。為了符全人們應用習慣，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)，KA300光柵尺是由玻璃制做，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，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(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，KA300光柵尺系統(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，已成功地應用于機庫改造和相關(guān)的光電尺寸與位置檢測系統(tǒng)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(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、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(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(shù)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(nèi)。如果不能達到這個要求，則需設(shè)計加工一件KA300光柵尺基座。基座要求做到：①應加一根與KA300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(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KA300光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數(shù)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(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，應注意如下三點：

　?。?） 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。

　?。?） 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KA300光柵尺身，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