LOS激光尺位置反馈技术及其应用

　　激光尺位置反馈技术在机床行业的应用，就是以作为机床检验的高精度激光测距仪代替常规的光栅尺或钢尺作为机床位置反馈元件，来实现机床的高精度。

　　随着对超精密和大型机床精度要求的提高，激光尺以常规位置反馈元件不可比拟的高精度、高分辨率、使用方便性等特性在机床行业也越来越受到重视，并逐步为一些机床厂商所采用，已在欧美一些国家的航空航天、军工及研究领域得到广泛的应用。本文主要介绍光动公司的LDS激光尺。

　　1LDS激光尺的测l原理

　　LDS激光尺应用激光原理、多普勒效应及光学外差原理，与多普勒雷达原理相似，如图1所示，当运动物体(反射镜)发生相对运动时，反射回的激光束频率因多普勒现象的存在而发生变化。

　　由于平行反射镜以速度:运动，那么，探测器相对于光源的速度为2v。又由于光速与波长、频率的关系为，所以激光束经由反射镜反射而造成多普勒频率偏移好，可表示为

　　其中:好及△f分别为频率及相位偏移;v及x分别为反射镜的速度及位移。LDS激光尺采用了一个鉴相器，每当相位积满一个2π，鉴相器便输出一个增位(减位)脉冲，见图2。这样，式(2)可写成:

其中，N为积分满一周期(即2π)的周数，/(2π)是未满一周期的余量。

　　2LDS激光尺的工作原理

　　LDS激光尺由于采用最新的激光技术，激光头是单孔结构，射出的激光和反射的激光都通过同一个孔，因而产品(包含激光头和反光镜)结构非常紧凑、体积很小。此外，光动公司的激光尺甚至还可以用平面镜作为反射镜和多次反射光学部件来实现更高的分辨率和精度。为满足特殊场合的应用，光动公司激光尺的激光束提供了多种光斑的直径来满足应用的需要。标准的光斑直径是6mm;为适应长行程和横向安装精度的要求，光斑直径可达8mm，甚至是20mm。对于要求光斑直径小的特殊应用场合，光动公司激光尺的光斑直径可以小到1mm，而且光的散度可大可小，甚至可以是聚焦状的。LDS激光尺与所有主流控制反馈系统相兼容，它只有4个部件:激光头、反光镜、处理器模块和自动温度/材料补偿。激光头和反光镜分别直接固定在基座和运动工作台上，系统通电找到原点后，自动温度/材料补偿单元把相关信息传到IPSI处理器模块中;当反射镜和激光头发生相对运动后，激光头把位移信息也传递到处理器模块;处理器模块把补偿信息和位移信息处理后，可以方波、上下脉冲、正弦波4种任意方式输出位置反馈信号到控制器。

　　图3为LDS激光尺的工作模块图。

　　此外，对于一些现场环境比较恶劣的应用场合，光动公司还针对性地推出了激光头和反光镜防油雾保护装置及对整个光路的保护方案以确保在整个使用过程中不会出现光路的中断。