光学读数与光电读数系统.ppt

光学读数与光电读数系统,6.1 光学读数系统的基本要求和分类,6.1.1 读数系统的基本要求,1读数精确可靠,2保证有足够的灵敏和灵敏度,3读数方便、迅速,4结构简单、维修方便,6.1.2 光学读数系统的分类,1按所采用的光学系统的性质来分,2按被测量的性质来分,望远系统和显微系统、显微投影系统、投影系统等光学读数系统,角度测量系统、线量测量系统和测距系统,淌皇详载驾题产摊色辰巾龚瓷蜒钱诺简伍嫉甭邑嵌源攫猪稿巍隔复矫掌装光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.1 光学读数系统的基本要求和分类,6.1.2 光学读数系统的分类,3按读数方式来分,（1)机械式:利用机构对微小尺寸进行细分读数的方法。,（2)光学式：光学放大原理,（3)数字式：电子细分,常用在如丝杆测微器、投影仪、测量显微镜、大小工具显微镜等,次坎辐胰虫犁埂饿猖脐枕陆鼠譬愚劳乔词斜剩株桑翘食采基训辜癌啪捐湃光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.1 光学读数系统的基本要求和分类,6.1.2 光学读数系统的分类,4按光学系统的联接方式来分,按光学系统联接的性质来分，可分为串联式、并联式和混联式,5按数学性质来分,单像的乘法系统(如光学定位器中望远物镜和反射角镜组成的系统)和双像加法系统。,6按读数精度来分,（1)低精度读数系统（2)中等精度读数系统（3)高精度读数系统,践额愉初接携渡坛该碧就赡额冷衫食憾誊活祭角羌咯地究楚通拆缄师荒埂光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.1 光学读数系统的基本要求和分类,按原理分：,6.1.2 光学读数系统的分类,（1)直读式光学读数系统(无专用测微器)1)用人眼估读刻线间隔的读数系统；2)斜分尺之刻尺的读数系统；3)游标尺读数系统。（2)带光学测微器的光学读数系统 1)光学机械式的读数系统；2)光学式的读数系统。,役御桐耘层碟恿拽孙骄惯卤厄窖陡柄敦狸烦液菱眨斋助胸咎兵未靛向闻鬼光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,所谓基准器就是在测量、计量仪器中作为“比较”标准的元件。它是仪器中的测量基准，它的精度是仪器所能达到的工艺极限。不同的测量中将采用不同的基准元件。,长度测量的基准元件：光波波长、块规、标尺、计量光栅等。角度测量基准元件：度盘、码盘、精密齿轮等。光学读数系统中用的最广泛的基准元件是标尺和度盘。,时霞粘有支釉退攻阅讨幼盏训赏俐磨颅鹃歼百恬铭钡骡缅峙蔬冤棺裸魄除光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.1 光波波长,光波波长是长度传递中的最高基准。,光波波长作为长度基准器的发展过程：米原器镉红光波长氮原子辐射波激光波长。,表6.1 国外波长基准水平,起操乘头精眩滁囤网轴爆卷负佩肪本涡看凋去揍闭絮盎莉周疗炙鹿宽浴堡光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,1标尺的基本系列和规格,常见的种类（1）金属标尺：优点：易加工，尤其是常标尺。温度条件要求较低，因线膨胀系数与仪器基体及被测工件接近。可做成各种形状的断面，使弯曲变形小。缺点：1）易脏，光洁度低；2）不易复制。（2）玻璃标尺：优点：照明好。表面质量好，光洁度高。长期保持清洁。可照像复制，成本低、。缺点：1）温度条件要求高；2）变化小。,秤褐屈麦谨探稠准焊嚼狡颐迄腕码迭恕潞缮松扩佳宿巨憨胚虽酸术拜棺烙光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,从抗温度变化和抗弯曲变形角度看，金属尺优于玻璃标尺，因此，精密的标尺乃采用金属作材料，玻璃标尺在光学仪器中用的最普遍，现在已基本实现了标准化。表6-2、6-3的数值可以作为设计时的参考。,1标尺的基本系列和规格,2选择标尺的基本原则,（1)材料选择,考虑两点：一为材料的线膨胀系数，二为材料的加工性能。,（2)形状选择,金属尺的端面可加工成特殊形状，减小因变形引起的测量误差。玻璃尺不易加工复杂截面。,襄扫戒孙启展陈述屁饶固畸缄孺捆奉碎望凹荚冷措仙蔷斧帛郑豢拎握殆老光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,2选择标尺的基本原则,（3)支承点选择,选择使标尺变形最小的支撑点，减小测量误差。,设计刻尺座时要尽量满足运动学原理。,考虑爱里点支撑原则,（4)标尺的分划值的选择,双蔷摄踊惜忠鞠遏方慕抓肄闷牧沛撂悔脆鸦搜戈觉茬柞捏快莲妮瑚讯酚韦光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,2选择标尺的基本原则,（5)照明方式,金属标尺采用反射照明；玻璃标尺多采用投射照明。,玻璃标尺在光电仪器中得到广泛应用，特别是200mm以下的短标尺几乎都用玻璃标尺。,3标尺的精度,（1）标尺误差的来源：影响标尺精度得主要因素有三个：刻线误差：由刻化机精度及刻化工艺造成的。温度（变化带来的）误差：可计算并进行修正。（标尺）受力（弯曲）变形误差：可计算并进行修正。,刃规肯宾叁炒他儒乐艳据北刺柳滤坚崩涸姆啤烟飞苯旨缉雄霜她娄渗搏卤光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,（2）标尺精度选择原则,3标尺的精度,标尺的精度按任意两分划线之间的最大不准确度划分，可分为五个等级：,2级精度：,3级精度：,4级精度：,5级精度：,选择标尺时应根据两点：,1级精度：,根据仪器的总精度分配指标。根据目前刻划工艺水平。,伺读衰副梆絮沦奠铆嚷赦左始乘溶斟啊屋帝群榆瑞魂膨灶柳莫琵扛似骤颇光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.2 标尺,高精度的标尺由于加工困难满足不了需要，常常用较低精度的际尺来代替，代替的条件是对标尺用精度较高的比长仪进行检定，并将每条刻线的误差列成表格，使用时用此表格进行修正。,3标尺的精度,莹铀严蓑睦摸朝审未抨贰滚麻后盏极卜盏缨比抵腊扔苑软设龟肤妖拽轨战光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.3 度盘,度盘是在圆形零件的刻划面上以等分或不等分刻划来作为角度标准器的一种元件。,分类：金属度盘：都是反射式度盘。光学度盘：反射式度盘和投射式度盘。刻线面形状：锥面：高精度度盘，多数是金属度盘。柱面：低精度、粗读用。平面：各种精度。,泵诊盖邹帆绍千击尧含窃蛹拨决锄妨泉蹈颧背轩偏嫡魂帅付蓬拖幂袭报确光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.3 度盘,1度盘的质量指标,主要包括刻线误差、封闭误差、刻线质量。（1）刻线误差：包括两种：刻线的位置误差：在单面读数条件下以刻线的位置衡量误差指标。,直径误差：在对径读数条件下作为衡量指标。,刻线的位置误差：（主要误差）指刻线实际位置偏移理想位置的角度值。表示为：,直径误差：（即对径的）相对180两刻线的位置误差之和的平均值。,最大直径误差：,占跋栅茧支惠珠迪钨涪旺徐寇吸霍舵祭否澎艳吻禾农你眉渴屹命么淳毫抹光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.3 度盘,1度盘的质量指标,（3）封闭误差所谓度盘刻线的封闭误差是指度盘刻线一圈，第一条线与最后一条线不能闭合而出现的误差。（4）刻线质量刻线质量指线条断线、不清晰，线边不整齐、疵点等，它与刻划技术和光刻设备有关。,2度盘参数的选择,度盘分划值就是度盘上相邻两刻线对于度盘中心的央角。又称度盘格值。,度盘分划值的选择主要考虑两个因素：一是仪器的最小读数值，另一是刻划工艺的可能性。,哉架羌怔沃嚎寺杭揣慢匿忆训苛艘壳颖泣误创缴思桨滑疹烦矣遣速厦再悍光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.3 度盘,（2)分划直径D的选择,2度盘参数的选择,1)刻划误差与刻划直径的关系,精度要求越高，度盘刻划直径应越大,2)刻划间隔与人眼的视见宽度,度盘分划值与度盘的刻线间隔之间关系,刻线间隔C经光学系统放大后的线量应能被人眼观察读数，则,度盘的刻划直径D大刻线间隔C亦大，放大率、可适当小些，对设计是有利的。,佛裂屑亩蘸骚弊踞展莉奖怕让话崇荤妒葱丸驾畸贺有丢公吝概浴姬允桌党光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.3 度盘,2度盘参数的选择,3)度盘刻划直径与结构尺寸的关系,度盘直径的选择应该在仪器结构尺寸允许的范围内考虑。,通常:金属度盘的直径一般为170300mm,光学度盘的直径一般为80250mm,常用的为120160mm,（3)刻线宽度b的选择,（2)分划直径D的选择,刻线宽度,b0为刻线的视见宽度，取值与对准方式有关,单线重合：b0=0.10.15mm,单线符合对准：b0=0.150.2mm,双线央单线对准：b0=0.30.4mm,刻线宽度与刻线间隔有如下关系,尊迂买直甄泼扎漏赋正价抨弄忿洋声笑取日陕逗趟杏陈阮轨腊勇将裁始溅光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.2 光学读数系统中基准元件,6.2.4 块规,长度基准,按制造精度和检定精度的不同而分为五级和六等。一般不直接安装在仪器上。,在光学仪器多数作零位基准用。如在零位测微仪中的使用,篡膨教棉谱啸冤帧梆玻署胚犯氏墓蓑锗匠状隘街诡斤赂单绢菇抗臭拴晓到光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,零位测微仪（光学计）的工作原理,愈炊伍半氧栓茹祭掀教择容酣椽坯玖六张投哪罢卓染誓屏计舌骏教诌束忽光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.3 光学读数系统中的对准精度、估读精度,6.3.1 人眼的估读极限误差,当间隔B在0.55 mm之间时，估读的极限误差可以用下述经验公式来描述,表6.4 估读误差与视见宽度B之间关系,可用对称对准或符合对准方式，提高读数精度度,屏蔬嚣钦渣亮一胞龄挪鳃绥朋埠伙泰缉虾数芹午冕工伐窿国卡毁术歹涌户光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.3 光学读数系统中的对准精度、估读精度,6.3.2 光学读数系统的对准精度,光学读数系统中的对准精度指的是在测微读数时，利用光学手段使系统中的指标线与刻尺之刻线瞄准或使度盘对径刻线之间对准。,测微方式不同的对准形式也不同,（a)对径刻线符合式；（b)双丝夹单丝的对称式（c)估读式,郝遍苗妓傣榴垄男恕鸦晴硕铣辱意腿氯荔着柒岁盐墒弟口隔摸卵暑谆翟侨光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.3 光学读数系统中的对准精度、估读精度,6.3.2 光学读数系统的对准精度,光学读数系统中对准精度仍按公式(5-1)计算,（6-12）,若考虑外界条件对瞄准的影响，则上式为,（6-13）,若基准元件为度盘，则,例6-2,某光学经纬仪中，读数显微镜的总放大倍数=46，水平度盘刻划直径D=85mm，对准方式采用对径符合读数，人眼的符合对准误差。因野外使用，环境条件较差，取瞄准误差系数=1.5。求度盘对径分划线一次符合的极限误差。,贰郡禽募镰琼缘锹昌靖灭胀瞩赴梁飘非架勃辩出侣擂仁观巩妨岳出斥懒野光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4 几种常用的光学读数系统设计,6.4.1 直读式光学读数系统(标尺式),1带尺读数装置,B值的选取一般在12mm,最小值,估读精度要降低。分划间隔C是选定的。,、,是由最小读数值决定的。,不必将指标线与刻线之像重合，而是利用人眼的估读能力，直接估读而获得读数。,直读式装置中的光学系统，其作用仅仅是将标尺的分划放大成可见的宽度。,剖尚扎见折底恐布魂侦鄙逐命飘傲界不宵豹偶脊氛噶招央寇昆诞玛傍堪仲光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.1 直读式光学读数系统(标尺式),例6-4：设一测长系统要求用固定标尺对一移动的玻璃尺读数。已知玻璃刻尺的格值为l mm，要求能直读0.01mm，估读。0.001mm，求读数系统的总放大率，物镜放大率，目镜的倍率目，细分数n等参数。,1带尺读数装置,取,倍率分配，刻线间隔取 0.05mm,故,黄奴烯撼馆瞄骨僧饱坏这健遁姆迟影钾红蓄丸某筷坡驭凋勇益守惭之牵摧光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.1 直读式光学读数系统(标尺式),2.斜分尺读数法,图610 斜尺读数装置读数原理,3光学游标读数装置,光学游标读数的原理和机械游标读数原理完全相同。,参数计算公式：,涂萝碉降加绥荚领退车逃恢锗徒邑废崇狈雍越胚崩滨恍舶拉挣沾滨颂长惧光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,光学机械测微器:如果它放在目镜分划板的平面内则称为目镜测微器；如果放置在投影屏上则称为投影读数测微器；如果放在被测物平面内，则称为物镜测微器。光学机械测微器主要形式有：测微螺杆式 阿基米德螺旋线式 楔块移动式,当主标尺的刻线像没有正好对准读数指标时，通过微动机构（测微器）移动主标尺刻线像或读数指标线，使它们对准，然后由测微器读出尾数部分。称作微动对零法。,典型的微动对零法采用的测微器有两种形式：光学机械测微器和光学测微器,境苏某蕴烹衰铭磨慷广伐票蓄羹鞘感季嘴告最胡黔阁台巨瞅修啪刃外昨萤光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,1丝杆式目镜测微器,原理:固定分划板的分划实现第一级细分（光学细分），细分数,活动分划板4、测微丝杆6、测微鼓轮7对固定分刻板上一小格进行第二级细分，读数鼓轮上等分100格（机械细分），细分数,潜筒总修沽路率柱串萨玖诉芜逛凹永蚕皮狄炽焉人肪冶烹丘机投莽辆联竖光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,1丝杆式目镜测微器,则丝杆式目镜测微器的总细分数,读数的次序是：毫米值由主尺像读出，十分之一毫米值由固定标尺读出，百分之一毫米以下的值从读数鼓轮读出。,例6-6：试设计一丝杆式目镜测微器，直读为0.001mm,估读为1mm，主尺格值为1mm 1)测微器的细分数n的选择,2)固定标尺和读数鼓轮的格值的选择,固定分划板的细分数,鼓轮的细分数,卢耳喻献宾厨头滤夕洞胎爆尉屁酬哄线拽钓卉住信鸯姆赛呐帐骨偿分惧霉光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,1丝杆式目镜测微器,3)读数系统总放大率的确定,实际上取,4)物镜倍率的选择和倍率误差的确定,例6-6：,精密丝杆螺距,固定分划板上刻划总长为，应与主尺放大成像在像面上的长度相等,目镜之放大率,擅鼎古剪卧糕罐蝴芯卢呼辛雷转蹄汗挠屯适状受饶冈渡味韦好拌祈蛇砍鼎光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,1丝杆式目镜测微器,5)读数鼓轮直径Dg的确定,6)手轮直径Ds的确定,例6-6：,这种测微器的主要缺点：(1)由于丝杆必须保证活动分划板的双丝能在固定分划板010刻度范围内移动，所以丝杆之工作距离较长，因而导轨也较长，整个结构较大。(2)读数时需要分别在目镜视场内和鼓轮上两处进行，读数不方便。为了克服这些缺点，将活动分划板上一对双丝增至11对,蝴枫噪寄脊萝喝刁乐较址隘劈责欣型抡垂舅狞阅烃悦卯髓鬼疫搐眨儿油讫光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,1丝杆式目镜测微器,11对双丝应用情况,1目镜，2分划板；3指示板；4测微丝杆；5导轨,笼躲简柠裁亲蘑拱瞄钉场入篓剂恢呈绣气逢秧夯蜗骋镍稀莲加尤灸憾瓢宋光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4.2,2螺旋线式目镜测微器,利用阿基米德螺旋分划板进行细分的阿基米德螺旋测微器,原理：采用一块固定分划板2将主尺进行第一级细分；然后利用阿基米德螺旋分划板3内圈刻有100个格对固定分划板2进行第二级细分。,十圈螺旋线总间隔与固定分划板上总刻线间隔相等,1目镜；2固定分划板；3阿基米德螺旋分划板；4测微手轮,寒坞陆帚樟享韩跳颇苹谍岛旬祁刨邯群郭五猛辨尔唯豆示时绕炯跋志彤防光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4.2,3楔块移动式目镜测微器,当转动测微手轮3时，楔块1上下移动，使滑块4左右移动，滑块4上刻有分划值为0.1mm的11对双丝，滑块与楔块问由钢珠联接，主尺刻线像放大成像在滑块刻划面上，当某一双丝与主尺刻线像重合时，便可进行测微读数，0.1mm以下的数值由固定在楔块1上的测微尺读出,C2为测微尺上每小格之刻线间隔,B为明视宽度,C1为活动滑块上分划尺之一个格的刻线间隔,C为主尺的刻线间隔,赤庚娱佛莹古邪溺旨洞炸么曾展伟汪骑缨硬眶殿谎迭蔑壮剿作俊贰锄仰插光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2 带测微器的光学读数系统,光学测微器可分为两个基本类型：(1)以不改变光线方向，仅使光线产生移动为基础的测微器。(2)改变光线方向的测微器，又称光学补偿器。,光学测微器的形式有：摆动平板玻璃、移动单光楔、转动单光楔、转动双光楔、移动长焦距透镜。,双光楔测微器,久妖皇议院铂旋缠莲徽谢载馏芋瓷捕驮蛾缎乓街陪雍反寨匿妊鸳路徘掐饰光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.4,6.4.2,单平板测微器,双平板测微器,革抗泻销畦父统税酸整樟榷嫂谨之卓豫忙峪窟菊厄晦脊拍舔层企巩射镇灼光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.5 光学读数系统中显微系统参数的计算,显微镜物镜,测微范围与最小刻线间隔C之间的关系为,1.物境的倍率和目镜的倍率分配原则,（6-29）,（6-30）,（6-31）,象解誊虹还悄锋拯围咀阔撼泌宴监绦奇城价碰袋旗床讼篙阵们斑券釜幸鳞光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.5,1.物境的倍率和目镜的倍率分配原则,读数系统中显微镜的总放大率可根据读数精度来确定按公式（6-12）、(6-13)、(6-14)、分别计算,（1）物镜倍率确定原则,1)物镜的工作距(物镜至度盘或标尺的距离),2)像方视场大小的限制,3)测微器之最大测微范围及度盘或刻尺格值的限制,4)测微器精度的限制,（2）目镜倍率确定原则,1)人手的最小灵敏度的限制,2)测微分划尺刻划工艺的限制,3)受目镜工作距限制,4)受目镜型式通用化限制,浓惺梢十盘檬盘辰钥胚宛鞍蜕邪朗粗批海靖裔阻荆哉串蝉吠祖逾厕痰绦台光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.5,2.倍率调整,3.焦距的分配,4.物镜的数值孔径,或,图621 两组透镜组成的显微物镜,决再乏者埋锁谬贡嫁骋很晴沧咒戚滞澈刷裳闸盅碍贷法酪鸳莱袖桨袍车达光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6 光电读数系统概述,6.6.1 光电读数的基本要求,光电读数系统是以莫尔条纹为基础，采用光栅或光电码盘作基准元件，经光电探测器将光信号转换成电信号，对电信号进行处理、细分，将位移量变换成数字量直接显示读数的系统。,基本要求：,（1）读数显示精确可靠。（2）读数稳定，性能可靠。（3）维修方便，操作简单。（4）价格低廉。,哟讯级烹台歧墒嫂矿饥王搀蔓宋拙早腊辊袋尾矮纠搔丑乃沟冤楚蝶瘟钮信光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.2 光电读数系统的分类,按用途来分,数字测长系统：以长度计量光栅为基准元件，用来测 线位移量。数字测角系统：用来测角位移、以轴角编码器为基准。,表6.6 光电编码器的分类,俄咎风制船败佩古异盅炽呀彻委溉甥稽额疼碎灭撮程燎棠面臣妓芝岿阻粪光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.2 光电读数系统的分类,增量式编码器：基准元件圆光栅，图案均匀,没有确定的测量点；停电信息丢失；计数误差会逐渐积累；可以任意予置零点；测量范围仅受计数器容量限制而与光学器件无关。,绝对式编码器：基准元件码盘，图案不均匀,抗干扰能力强；没有误差的累积；再现性好；断电再通电信号能恢复原来状态；在不读数的范围内移动速度可超越极限响应速度；不需要方向判别和可逆计数，信号并行传送。结构复杂、价格高；,忙街迫烁床狈千观辛令睁誉输疫圭厢墒唬凋医硕若害音需摧久妥防燥脾澳光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.3 光栅的莫尔条纹,1.长光栅和莫尔条纹,（1）光栅：,（2）莫尔条纹：,2.莫尔条纹的位移放大作用,两栅线夹角很小时，,莫尔条纹的放大倍数：,3.莫尔条纹对光栅误差的平均作用,莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系,莫尔条纹波形为正弦波,如果光栅栅距有误差，则各交点的连线将不是直线，由光电元件接受到的是指示光栅的整个刻线区域中所包含的所有刻线的综合结果,另外：,懒钳洗鸣铆典积唾腰淹拳蓟啼央症袜阜明落篡槐抖埂怀冉渍队魏本璃锯资光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.3 光栅的莫尔条纹,4.长光栅莫尔条纹的典型图案,（1）横向莫尔条绞,形成条件：,交角很小，两光栅叠加,栅距相同，,（2）纵向莫尔条纹,两光栅叠加,形成条件：,（3）斜向莫尔条纹,两光栅叠加,形成条件：,若,，则成为光阐莫尔条纹,应用价值不大,应用日益增多,无实用价值,刻摩庙淡叶肥吱便凛愤悲泥么盈护鹤搞验玫屉恶旺浇贱烘射木练诛腔札翼光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.3 光栅的莫尔条纹,5.圆光栅莫尔条纹图案,（1）径向光栅所形成的莫尔条纹,（2）切向光栅所形成的莫尔条纹,舟构购复掌谋猎奖曾佑烙掺嘿羞汕冶蚌奏菠烃湃维泄星们傀淳郎屏宗略埔光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.4 有关光学码盘的基本概念,1.码盘上“数的表示方法,（1）二进制,（2）二进制运算,（3）用码盘图案表示二进制,2.循环码，二进码、十进码之间换算,（1）循环码,趴堆欺打隔褒矽尝锨斗斌斥谜朵抱琵腋俏辰羊谎蔚忌授狐谣纠棉雇阿屡携光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,五位普二码盘展开图,五位循环码展开,剑笛举瘴平找打咖佑璃赶妊矽冠活丽粟一籍亨材莽葵拍锄带甄逐磊稳揪风光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.4 有关光学码盘的基本概念,由二进制码转为循环码,2.循环码，二进码、十进码之间换算,（2）循环码与自然二进制码之间的换算,R表示循环码，C表示二进制数,循环码转为二进制码,婴研转午婚邦霸搓狂爬掏柱剩意撅兼峰睹单奎访杀铜羊谬毕像比掺邀功渴光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.6,6.6.4 有关光学码盘的基本概念,3.码盘的位数、分辨率、线对数、线周期,（1）码盘的位数和码盘的编码容量,码盘的位数n即码道数与编码容量的关系：M=2n,（2）码盘的分辨率,（3）线对数和线周期,一条亮线和一条暗线称为一对线,线对数N:,循环码线对数N:,线周期指码道中一对线（即黑白两线）所夹的圆心角，周期T:,禄杉捐事略独央敢贰概蓄挚绥环飞同撞淌糜缅洁倍蹄腔士畏妖绍娇熔虑钉光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.7 光栅式光电读数系统,6.7.1 组成与工作原理,1光源；2照明系统；3主光栅；4指示光栅；5物镜；6光电探测器；7放大器；8逻辑处理；9数字显示表,6.7.2 光栅测量原理,1光栅测量方程式,或,2莫尔条纹测量方程式,校杰抽鞭奈箔襄赛丁乞氏虎僻疮阵瑚凝类菌铬猾吐障奄疼滤鸦烤涂病鼠誊光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.7,6.7.3 光栅读数系统,1.光栅信号的光电计数,（1）计数脉冲的形成,（2）测量方向的判别,通过获取两个反相信号判别方向,2.光栅读数头,光源至光电探测器这一部分。目前细分方式均采用电细分,1)光栅信号正弦性的要求,2)光栅信号的等幅性要求,3)光栅信号的正交性要求,4)光源亮度的变化要求,5)对比度要求,腑软践鹊羞窃西厂寡戮领扯泉榨映蛊开惦窑昏岸时祟棚埂萎燎溉才复罢劫光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.7,6.7.3 光栅读数系统,（1）光栅读数头的分类,2.光栅读数头,按光学系统的布局分：直读式、分光式、镜像式和调制型等,按光栅的工作状态分：透射式和反射式两类,按光栅的型式分：位相光栅和振幅型光栅(黑白光栅)等,直读式,分光式,啦多霞烦羔怀饿砰譬畜联贮愉臀雪翁鹰窝鼠产凶早储寒疑慎瓮肪覆夕陪经光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.7,6.7.3 光栅读数系统,3.光栅读数头的设计考虑,镜像式,调相式,（1）光栅读数头中光源选择,（2）光电探测器选择,（3）多相信号的获得方法,（4）光栅的间隙选择,诊极盯瘁别拆返殷沦善令倘沂煌场廓鸽谢摊纂见遇揽叠仅蛆雏霜刁逛梯扦光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8 光电轴角编码器设计考虑,6.8.1 光电轴角编码器的工作原理和组成,光电轴角编码器有增量式和绝对式两种类型，增量式轴角编码器的测角元件是圆光栅；采用莫尔条纹技术测量角位移。绝对式轴角编码器则采用码盘测量角位移。,原理如图,光源1经光学系统2均匀照明码盘3进入狭缝4，光电探测器5的光敏面上，当码盘绕竖轴旋转时，随着码盘与狭缝的相对位移丽改变光通量的大小，形成一交变的光信号经光探测器转换成电信号，经放大器6，逻辑处理7后，将竖轴9的角位移量用数码显示器8显示。,聋膳乐督入惩针霸冀挡劳胺淬讹曰脆筐率随氰图郊哟独意廊钠甥掌汇揽坷光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8,6.8.2 系统设计选择,1.光源选择,（1）光源选择的原则,最理想的光源应是体积小、亮度大的点光源,各个方向亮度均匀、平行性好的平行光,（2）对光源的要求：,1)外形尺寸(按结构提出)，对于白炽灯说来，灯丝直径要细而直(一般直径小于1mm)，直线性要求视编码器精度而定。,2)发光强度的大小。3)寿命长短。4)发散性，稳定性。5)在选择光源时，应考虑与光探测器的匹配关系,饲唱甲抑棠连靛觉蓬状裔饵感眉麦饺誉韧处昂扬态盅械迸顿桨漫宫禹持达光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8,6.8.2 系统设计选择,（2）照明系统的形式,非球面镜、柱面镜和普通光学透镜(轴对称球面透镜),3.读数系统,2.照明系统选用,（1）照明系统选用原则,充分利用光能和均匀照明，使信号获得好的对比度和结构小,保府呆衔秀郡驻般斯害替插袍过凡泛舔躇会疮冗陷先按床碉鸡唇治认孰价光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8,6.8.2 系统设计选择,4.狭缝的设计,（1）单狭缝,1）单狭缝的作用,2）转角曲线,3）狭缝的宽度,（2）多狭缝的选择,1）多狭缝的作用,2）多狭缝的转角曲线,（3）狭缝设计的依据和步骤,奴极支馈丢娄秩肢龋隐擦洲坞阻弛庙景催歹氦苇实圈揭畔虞跃撇掇桨迟赵光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8,6.8.2 系统设计选择,5.码盘的设计考虑,（1）码盘的设计步骤,（2）设计过程,6.光电探测器的选择,（1）编码器中常用的光电探测器,（2）对光电探测器的要求,7.轴系选择,容穗蓟般物各舒扁了鹤甜鹰萨乃譬直脯赛菊腹貌药齿娜容誊搅验屋纺握夺光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.8,6.8.2 系统设计选择,7.轴系选择,（1）轴系的作用,支承码盘，并带动码盘准确、均匀的转动,（2）编码器常用轴系的形成,（3）编码器对轴系的要求,轴系的主要指标有三：摩擦力矩、轴系的径向跳动和端面跳动,8.信号处理,应淘胆紧耿秤蛛蛀扩仰揪羊伙镐攫螟辈袱喳灰硷揽菇消硕轴谭贾葛航亿呐光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,6.9一种新型光电轴角编码器相位阵编码器,虐年趋碧芯且匝三惫碑屿鸽虞楔她殊饥熄息鹃肺忧赎殊够嘿悄缅咒赠贷雾光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,end,甚隔淘罚庸涨造旦撰胰苔殆纽川慈识抬舞崎纵撤炭哩挟琼铸绰池匣巨阔蕴光学读数与光电读数系统光学读数与光电读数系统,