圆光栅型光电测速器的结构原理与应用

　　1　引言

　　光栅用作机床的检测元件,已有40年左右的历史了。而圆光栅的出现及其被不断地更新、改进、完善,现已被广泛地应用于现代驱动系统中。它不但可以取代测速发电机,且有旋转变压器等角位移测量机构的功能。为此,本文概述我们掌握的信息及我们实践中的几则实例与体会。

　　2　光电盘及圆光栅的结构

　　在半闭环的数控传动系统中,目前大量采用光电脉冲发生器作为检测和反馈元件。它们可以自制或在市场上去购买。目前国内生产的光电脉冲发生器的型号较多,概括综述如下。

　　2·1　增量式光电盘

　　透射式光电盘是在一个圆盘的周边分成相等的透光与不透光部分;这可在透明材料上涂黑或在金属圆盘上铣槽(或打孔)来实现。当圆盘转动时,光电耦合器接受的光时断时续,因而产生近似正弦波的信号,经过放大、整形后可得矩形波A.为了判别旋转方向,可装二套光电耦合器,它们之间的距离应是透明区长的一半,经信号处理,可得如图1所示的信号A、B.这种光电盘测量精度不高,但经济实用,在精度要求不高的场合,可自制成型。

　　2·2　透射式莫尔条纹式光栅及商品型式

　　2·2·1　概况

　　圆光栅的条纹呈辐射状。对于2.5英寸直径的圆盘而言,光栅的刻线数N值一般在100~5000。国产Mc2-1型外形尺寸Φ160mm,N值为100~5400;Mc2-2型外形尺寸Φ68mm,N值为100~1200.常用:每毫米线纹数为4、10、25、40、50.为了满足不同的使用要求,圆周内的线纹数有3种型式。

　　(1)60进制　如10800,21600,32400,64800;

　　(2)10进制　如100,250,500,800,1000等;

　　(3)2进制　如512,1024,2048等。

　　采用莫尔条纹光栅的目的是:

　　(1)信号放大　设光栅刻线的栅距为β,莫尔条纹的宽度为W,则有W=β/sinθ.θ为光栅纹条之间的夹角。当θ<0.08rad时,θ≈sinθ,因而有W≈β/θ;W 1,可达1000.

　　(2)节距间的固有的相邻误差被平均化了。

　　2·2·2　具有A、B、C 3路输出的光电脉冲发生器

　　目前市场上能买到的绝大部分是这类产品。其中有的确为圆光栅,有的实为N=250的光电盘———其栅距角β=1°26′24″(0.025rad)。输出信号C为“每转一次”的标志脉冲,信号A、B如图1所示,用以辨向与测量。

　　2·2·3　具有双A、双B、C 5路输出的光电脉冲发生器

　　这是当前性能较完善的光电脉冲发生器的极品。其中信号C、B、A与上述三输出的光电脉冲信号功能相同。信号A分为A1、A2,信号B分为B1、B2。A1与A2,B1与B2彼此分别装在光栅圆盘的180°机械位移的圆周对边上,用以消除圆安装的同心误差;电信号A1=-A2、B1=-B2,可用简单的硬件数字滤波器电路,消除信号传输过程中的干扰。