SINO信和KA300光柵尺光柵位移傳感器

KA300光柵尺的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱(chēng)量進(jìn)行測量。高分辨率的KA300光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難。為了提高系統分辨率，需要對莫爾條紋進(jìn)行細分，目前（2006年）KA300光柵尺位移傳感器系統多采用電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與KA300光柵尺刻線(xiàn)大致垂直的方向上就會(huì )產(chǎn)生莫爾條紋，隨著(zhù)KA300光柵尺的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對KA300光柵尺柵距的測量轉換為對莫爾條紋個(gè)數的測量。 　　在一個(gè)莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現電子細分與判向功能。例如，柵線(xiàn)為50線(xiàn)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(gè)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成的差分放大器。由4個(gè)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，為得到判向和計數脈沖，需對這兩路信號進(jìn)行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過(guò)對方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到KA300光柵尺的移動(dòng)方向。通過(guò)對方波脈沖進(jìn)行計數，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,適用于大量程的精密測量. 尤其適用于測量, 醫療設備,精密現代化加工設備. 數控加工中心，鏜床，鏜床，鏜床，自動(dòng)卸貨機，金屬板壓制和焊接機，機器人和自動(dòng)化科技，生產(chǎn)過(guò)程測量機器，線(xiàn)性產(chǎn)品, 直線(xiàn)馬達, 直線(xiàn)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(dòng)距離以及方向。零位信號間距50mm ?？蛇x購RS422長(cháng)線(xiàn)輸出。

KA300光柵尺將直線(xiàn)的位移變化轉換為脈沖信號. 脈沖信號的數量對應移動(dòng)的距離，脈沖頻率則反應了運動(dòng)速度。LE 本體部分由5只精密軸承，玻璃光柵，LED光照系統，鋁合金外殼組成。

產(chǎn)品特點(diǎn)

KA300光柵尺供應 光學(xué)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控鏜床上，用來(lái)精密測量物體的位移，作用
是對刀具和工件的坐標起一個(gè)檢測的作用,在數控鏜床中常用來(lái)觀(guān)察其是否走刀有誤差,以起到
一個(gè)補償刀具的運動(dòng)的誤差的補償作用.
      KA300光柵尺的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱(chēng)量進(jìn)行測量。光柵移動(dòng)產(chǎn)生的莫
爾條紋與電子電路以及單片機相結合來(lái)完成對位移量的自動(dòng)測量，它具有判別KA300光柵尺移動(dòng)方向、
預置初值、實(shí)現自動(dòng)定位控制及過(guò)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(diǎn)：
1、 *進(jìn)的電子技術(shù)及個(gè)性化設計；
2、 計數響應速度快，功能多；
3、 直接在數顯表上進(jìn)行正弦、余弦、正切函數等函數計算；
4、 可以在X和Y方向進(jìn)行自動(dòng)刀具補償；
5、 堅固耐用的合金外殼，不易刮傷，且美觀(guān)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(jiǎn)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(xiàn)移動(dòng)導軌機構，可實(shí)現移動(dòng)量的精確顯示和自動(dòng)控制，廣泛應用于鏜床加
工和儀器的精密測量?？晒┎煌幐竦母黝?lèi)鏜床、儀器數字化改造選用，還可根據用戶(hù)的特殊
需要進(jìn)行特殊制作。
數顯裝置由傳感器與數顯表兩大部分組成。通過(guò)傳感器把有形的位置信息轉換成電信號，經(jīng)過(guò)
處理后以數字形式顯示出來(lái)。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顯表，可以用于大多數的設備、也可以用于鏜床和鏜床；2
、DRO2L和DRO2G是針對鏜床和鏜床而開(kāi)發(fā)的數顯表；3、DRO3E是為火花機開(kāi)發(fā)的數顯
表。

三、SINO信和KA300光柵尺光柵位移傳感器技術(shù)參數：
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：二坐標、三坐標
8、顯示：帶符號7位顯示（兩軸或三軸）數據，信息窗采用8位米字顯示符號輸出
9、倍頻數：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(cháng)度分辨率：10μm 、5μm、2μm、1μm、0.5μm
13、操作鍵盤(pán)：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；3、公/英制轉換；4、/相對坐標轉換/200組用戶(hù)坐標顯示；5、停電
記憶；6、“1/2”值功能鍵顯示；7、線(xiàn)性誤差修正；8、睡眠關(guān)機（DRO—3E數顯箱無(wú)此功能）
9、200點(diǎn)輔助零位功能；10、自動(dòng)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(cháng)。防護等級達到IP53。
KA300光柵尺具有可靠的光學(xué)測量系統：滑動(dòng)部件采用已被驗證為zui可靠耐用的高精度五軸承系統設計，保證光學(xué)機械系統的穩定性，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(jìn)的光柵制作技術(shù)，可制作各種規格的高精度光柵玻璃尺，zui長(cháng)可做到3000mm（不接長(cháng)）。

KA300光柵尺產(chǎn)品用途

拉桿連接，安裝極為方便，讀數頭用精密軸承沿標尺定向，自由移動(dòng)時(shí)通過(guò)拉桿連接，能準確計量?？蓪?shí)現遠端推拉讀數頭準確計量，適用于讀數頭無(wú)法直接固定的場(chǎng)合。
TTL、EIA-422信號集電極開(kāi)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(kāi)式和封閉式兩類(lèi)。其中敞開(kāi)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、儀器的數字化改造，輸出波形為方波，按外形分類(lèi)可分為小型尺、標準尺、大型尺三類(lèi)，型號分別為JCXF型、JCXE型、JCXG型，其中大型尺（JCXG型）zui長(cháng)可做到3000mm，分辨率有0.5μ、1μ、2μ、5μ、10μ。此外根據用戶(hù)需求，可提供各種安裝附件以方便系統安裝。

一、KA300光柵尺應用

 線(xiàn)位移KA300光柵尺數顯系統主要應用于直線(xiàn)移動(dòng)導軌機構或精密位移量的測量，可實(shí)現移動(dòng)量的高精確顯示和自動(dòng)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，可供不同規格的
各類(lèi)鏜床、儀器數字化改造選用，還可根據用戶(hù)的特殊需要進(jìn)行特殊制作。配套相應的數顯系統可以用于鏜床改造、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(lèi)

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(shuō)明
柵距：0.01mm（100線(xiàn)對/mm）、0.02mm（50線(xiàn)對/mm）、0.04mm（25線(xiàn)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一個(gè)位置參考點(diǎn)（ABS） 
量程：1000mm以?xún)热我膺x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：光柵是結合數碼科技與傳統印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢動(dòng)畫(huà)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(guò)去，將看到在薄片另一面上的一條很細的線(xiàn)條上的圖像，而這條線(xiàn)的位置則由觀(guān)察角度來(lái)決定。如果我們將這數幅在不同線(xiàn)條上的圖像，對應于每個(gè)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(guò)透鏡觀(guān)察，將看到不同的圖像。

　　KA300光柵尺 其實(shí)起到的作用是對刀具和工件的坐標起一個(gè)檢測的作用,在數控鏜床中常用來(lái)觀(guān)察其是否走刀有誤差,以起到一個(gè)補償刀具的運動(dòng)的誤差的補償作用.其實(shí)就象人眼睛看到我切割偏沒(méi)偏的作用.然后可以給手起到一個(gè)是否要調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控機庫中采用的精密位稱(chēng)數控系統框圖如圖1所示。

　　隨著(zhù)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得到廣泛應用，并逐步向智能化方向轉化。

　　圖2是利用KA300光柵尺構成的位移量自動(dòng)測量系統原理示意圖。該系統采用KA300光柵尺移動(dòng)產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路以及單片機相結合來(lái)完成對位移量的自動(dòng)測量，它具有判別光柵移動(dòng)方向、預置初值、實(shí)現自動(dòng)定位控制及過(guò)限報警、自檢和掉電保護以及溫度誤差修正等功能。下面對該系統的工作原理及設計思想作以介紹。

　　二、電子細分與判向電路

　　KA300光柵尺的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標準尺子對位稱(chēng)量進(jìn)行測量。目前高分辨率的KA300光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難。為了提高系統分辨率，需要對莫爾條紋進(jìn)行細分，本系統采用了電子細分方法。當兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與光柵刻線(xiàn)大致垂直的方向上就會(huì )產(chǎn)生莫爾條紋，隨著(zhù)光柵的移動(dòng)，莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對光柵柵距的測量轉換為對莫爾條紋個(gè)數的測量，同量莫爾條紋又具有光學(xué)放大作用，其放大倍數為 ：

　?。?）

　　式中：W為莫爾條紋寬度；d為光柵柵距（節距）；θ為兩塊光柵的夾角，rad

　　在一個(gè)莫爾條紋寬度內，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現電子細分與羊向功能。本系統采用的KA300光柵尺柵線(xiàn)為50線(xiàn)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(gè)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成的差分放大器。由4個(gè)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，為得到判向和計數脈沖，需對這兩路信號進(jìn)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(gè)與或非門(mén)74LS54芯片組成的四細分判向電路輸入可逆計數器，zui后送入由8031組成的單片機系統中進(jìn)行處理。

　　三、單片機與接口電路

　　為實(shí)現可逆計數和提高測量速度，系統采用了193可逆計數器。假設工作平臺運行速度為v，光柵傳感器柵距為d，細分數為N，則計數脈沖的頻率為：

　?。?）

　　若v=1m/s,d=20μm,N=20，則f=1MHz，對應計數時(shí)間間隔為1，顯然對于8031單片機系統的響應為2μs是不能勝任的。經(jīng)可逆計數器分頻后，可大大地提高測量速度。

　　由于193是4位二進(jìn)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(gè)脈沖，若再來(lái)脈沖，進(jìn)位端或借位端將輸出一個(gè)脈沖送到單片機T0、T1端計數，保證送到8031的信號不丟失。

　　本系統長(cháng)度zui大可測幾米（由光柵實(shí)際長(cháng)度決定），zui小分辨率為μm級，需要7個(gè)顯示數據。正向運行時(shí)不顯示符號，反向運行時(shí)需顯示"-"號，所以連同符號位，共需8個(gè)顯示塊。為了符全人們應用習慣，顯示塊選用共陰極LED。

　　為實(shí)現測量系統的智能化，設置了一個(gè)2×8方式鍵盤(pán)矩陣，其中包括0～9共10個(gè)數字鍵和6個(gè)功能鍵：L/A長(cháng)度/角度轉稱(chēng)功能鍵；+/-符號轉換功能鍵；ΔT溫度誤差修正功能鍵；EXE執行鍵；ENT預置鍵CE（清零鍵）。鍵盤(pán)、顯示器與單片機之間通過(guò)一個(gè)接口芯片8155來(lái)連接。其中，8155的PA口設置轔基本輸出方式，作為8位LED顯示的段碼線(xiàn)；PB口設為輸出方式，作為8位LED的位選線(xiàn)；PC口設為輸入方式，作為鍵盤(pán)的行掃描線(xiàn)。PB口俠選線(xiàn)每次選通1位顯示，每次顯示1ms，由于人眼視覺(jué)惰性，可產(chǎn)生8位顯示塊同時(shí)顯示現象。

　　由于從前置電路74LS54出來(lái)的脈沖經(jīng)過(guò)2片193分頻后，直接進(jìn)入8031的僅為大于255的"大"數，而小于255的"小"數是由兩片193輸出通過(guò)I/O接口輸入到8031內部處理，這個(gè)I/O接口芯片是通過(guò)擴展一片8255實(shí)現的。其中，8255PB口設為基本輸入方式，PB0-PB3作為1#193輸入，PB4～PB7作為2#193輸入。PA口、PC口的低位設為輸出，作為系統并行BCD碼輸出。由于8031單片機無(wú)內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、軟件設計

　　根據硬件電路和系統功能要求，我們設計了軟件程序，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構，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(shí)，必然會(huì )引起結構尺寸改變導致光柵柵距的變化，帶來(lái)檢測誤差。設定環(huán)境溫度為20℃時(shí)為檢測標準值，與標準值比較測出溫度變化時(shí)帶來(lái)的位移誤差值，KA300光柵尺即時(shí)測出位移誤差一溫度特殊性性曲線(xiàn)，由特性曲線(xiàn)擬合出誤差一溫度方程式，作為軟件溫度誤差修正的基礎。本系統軟件采用模塊化結構，軟件編制簡(jiǎn)潔，緊湊合理。

　　五、結論

　　根據上述硬件電路和軟件設計，經(jīng)實(shí)驗測試，KA300光柵尺系統的測精度可優(yōu)于±5μm，目前，我們研制的利用光柵傳感器進(jìn)行長(cháng)度、角度自動(dòng)測量的智能儀表已形成系列產(chǎn)品，分辨率可從20μm到1μm，具有性能穩定、抗干擾能力強、體積小、結構緊湊、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行相對位移時(shí)，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）的規則條紋圖形，稱(chēng)之為莫爾條紋。經(jīng)過(guò)光電器件轉換使黑白（或明暗）相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，再經(jīng)過(guò)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，送入光柵數顯表計數顯示。

　　二、KA300光柵尺移傳感器安裝方式

　　光柵KA300光柵尺線(xiàn)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(dòng)，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數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頭朝上的方式安裝時(shí)，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數頭應盡量安裝在相對鏜床靜止部件上，此時(shí)輸出導線(xiàn)不移動(dòng)易固定，而尺身則應安裝在相對鏜床運動(dòng)的部件上（如滑板）。

　　1、KA300光柵尺位移傳感器安裝基面

　　安裝線(xiàn)KA300光柵尺位移傳感器時(shí)，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。光柵主尺及讀數頭分別安裝在鏜床相對運動(dòng)的兩個(gè)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(dòng)的方向平行度。千分表固定在床身上，移動(dòng)工作臺，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以?xún)?。如果不能達到這個(gè)要求，則需設計加工一件KA300光柵尺基座?；笞龅剑孩賾右桓cKA300光柵尺尺身長(cháng)度相等的基座（基座長(cháng)出KA300光柵尺50mm左右）。②該基座通過(guò)銑、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以?xún)?。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數頭基座。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時(shí)，調整讀數頭位置，達到讀數頭與KA300光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數頭與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(dòng)工作臺（主尺與工作臺同時(shí)移動(dòng)）。用千分表測量主尺平面與鏜床導軌運動(dòng)方向的平行度，調整主尺M(jìn)4螺釘位置，使主尺平行度滿(mǎn)足0.1mm/1000mm以?xún)葧r(shí)，把M2螺釘*上緊。在安裝光柵主尺時(shí)，應注意如下三點(diǎn)：

　?。?） 在裝KA300光柵尺主尺時(shí)，如安裝超過(guò)1.5M以上的光柵時(shí)，不能象橋梁式只安裝兩端頭，尚需在整個(gè)主尺尺身中有支撐。

　?。?） 在有基座情況下安裝好后，用一個(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）。

　?。?） 不能安裝卡子時(shí)，用玻璃膠粘住KA300光柵尺身，使基尺與主尺固定好。

　　3、位移傳感器讀數頭的安裝

　　在安裝讀數頭時(shí)，首先應保證讀數頭的基面達到安裝要求，然后再安裝讀數頭，其安裝方法與主尺相似。zui后調整讀數頭，使讀數頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內，其讀數頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm