三次元测量仪光栅尺的工作

saken39 · 发表于 2014-3-20 09:38:24

　　三次元测量仪又称为三次元，三坐标测量仪或三坐标量床，是一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统(如光学尺) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标及各项功能测量的仪器。
　　光栅尺是以高精度光栅作为检测元件底精密测量装置。与数显表配套，组成高精度数字化测量仪器。可以代替机械式千分表、扭簧比较仪、深度尺、电感测微仪和精密量块，配以适当的转换器，可将温度、压力、硬度、重量等参数转换成数字量。用于自动化大生产中在线检测以及精密仪器的位置检测。其特点是测量值数字化显示，精密高，稳定可靠，读数直观准确。亦可把测量数据输入计算机打印出测量数据或绘出曲线。
　　在三次元测量仪的构造中，光栅尺是十分有用的部件，它对测量误差有很大的影响。光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。作为三坐标测量仪的测量基准，光栅尺的膨胀系数及其误差起着重要的影响。制造光栅尺的材料通常为：钢、玻璃或玻璃陶瓷。这些材料的膨胀系数可在资料中查阅。但是，不同的资料所给出的数值却相差很大。
　　光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅(即标尺光栅)和副光栅(即，指示光栅)进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间(或明暗相间) 的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白(或明暗)相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为 90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
　　光栅线位移传感器的安装比较灵活，可安装在三次元测量仪等大多数机床的不同部位。一般将主尺安装在机床的工作台(滑板)上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上(如滑板) 。
　　光栅尺要作为三次元测量仪膨胀误差补偿计算的基础，这些数据的用处非常有限。如下面针对“钢”所作的例子所示，当计算所采用的膨胀系数不准确时，仅仅几度的温度变化就会造成数微米的测量误差。三次元测量仪通常都在已知、精确定义的环境中工作，此时测量机的性能很大程度上由所使用的光栅尺的信号质量和精度决定。
　　光栅尺其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就像人眼睛看到切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。

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