光栅原理实验CAI研制

　　光栅位置检测装置是价格昂贵的仪器,然而它在闭环数控机床中的应用非常普遍,数控技术学习者不很好掌握其原理恐怕不行。为了使广大学习数控技术的学生更好地掌握光栅位置检测装置的原理,笔者开发了光栅原理实验CAI,供数控课程实验之用。

　　1　软件介绍

　　本软件包含以下几个模块:

　　(1)实验目的

　　①熟悉光栅的分类、用途及工作原理;

　　②熟悉横向、纵向及斜向莫尔条纹的放大效应、平均效应及移动规律;

　　③了解圆光栅的结构特点;

　　④对光栅原理及莫尔条纹的形成有一定的感性认识;

　　(2)实验原理

　　两光栅相对运动时产生莫尔条纹,这是光栅工作的基础。对于粗光栅,莫尔条纹产生的主要原因是挡光积分效应;对于细光栅,则是由于光线衍射并产生干涉的结果。

　　莫尔条纹有横向、纵向、斜向等多种,相应的光栅也有多种。但是,它们在机床上的作用却是一致的:两块光栅作微小的相对运动,由此而产生的莫尔条纹却有很大的移动,通过检测较易测量的莫尔条纹的位移,就能知道实际光栅不易直接检测的微小位移。两者比例愈大,光栅放大倍数愈大,数控机床的精度也就愈高。

　　在每种光栅的说明里,都指明了放大系数的计算公式。

　　(3)实验步骤

　　①启动软件后进入如图界面(图1):

　　该界面简要介绍了光栅的用途、分类、结构、特点和莫尔条纹的形成原因,并提供各种形式莫尔条纹的光栅,用户单击单选钮可进入相应结构的光栅。

　　②选择相应莫尔条纹的光栅(以弧线圆光栅为例,见图2):

　　该页面可以动态演示标尺光栅转动时的莫尔条纹运动状况,给学生以极大的感性认识,也提高了学习的兴趣和积极性。

　　安钮“间距增大”、“间距减小”用于改变光栅线纹密度,调整偏心距后面的数据用来改变指示光栅和标尺光栅的相对位置,从而可以观看不同参数光栅的不同莫尔条纹运动状况。而实物光栅制造完毕则无法改变其物理结构,也无法达到这样的效果。界面下方附有详细操作说明和系统说明。其余光栅演示实验与此类似,各界面请看下列诸图,通过特定按钮可以“定制”各光栅的物理结构(请比较图3和图4)。实验完成,还给出系列思考题。

　　2　结束语

　　光学仪器是比较精密的设备,价格一般都很昂贵且易受损伤,许多学校(包括高校)的数控技术课程并不专门开设该项实验。通过本院的开发和试用,发现学生兴趣浓厚,在试用过程中,学生获得了各种结构的光栅运动时其莫尔条纹移动规律的感性认识,取得优良的教学效果。本软件仅128k,十分适合网络环境下使用,有望成为未来远程教学中数控技术课程非常有用的教学软件。