光栅和激光位移测量技术.ppt

光栅和激光位移测量技术,一、 光栅式传感器,- 等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件,物理光栅：,计量光栅：,利用光的衍射现象分析光谱、测定波长,利用光的莫尔条纹现象测量精密位移,长光栅 - 直线位移；圆光栅 - 角位移,构成：主光栅 - 标尺光栅，定光栅；指示光栅 - 动光栅,长度 - 测量范围；刻线密度 - 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm ),(1) 莫尔条纹（Moire）,条纹宽度：,W-栅距， a-线宽， b-缝宽,W=a+b ，a=b=W/2,特例：当 =0, w1=w2 B= 光闸莫尔条纹 当 =0, w1w2 纵向莫尔条纹,莫尔条纹特性：,方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距一方向对应 放大性：夹角很小 BW 光学放大 提高灵敏度 可调性：夹角 条纹间距B 灵活 准确性：大量刻线 误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度,(2) 光栅传感器分类与结构原理,按运动形式分： 直线型-主光栅为直尺形直线移动 旋转型-主光栅为圆盘形旋转运动,按光学形式分： 透射式-光源与光电元件在两侧透射光 反射式-光源与光电元件同一侧反射光,(3)圆光栅传感器,光栅 - 径向光栅、切向光栅、环形光栅,径向圆光栅 切向圆光栅, 径向光栅的圆弧形莫尔条纹,两块径向光栅 - 栅距角相同/不大偏心量,光栅不同区域，栅线交角不同,- 圆弧形莫尔条纹 （不同曲率半径）,条纹宽度 - 随位置变化,偏心垂直位置上,- 条纹近似垂直于栅线,偏心方向上,- 条纹近似平行于栅线,- 横向莫尔条纹,- 纵向莫尔条纹,其他位置 - 斜向莫尔条纹,实际应用,特例 - 光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同）,主光栅（一个栅距角）- 透光量（一个周期）,莫尔条纹 - 圆弧形、 环形、辐射形, 切向光栅的环形莫尔条纹,两块切向光栅 -栅距角相同/切线圆半径不同/同心叠合,环形莫尔条纹 - 以光栅中心为圆心的同心圆簇,条纹宽度 - 随条纹位置变化,应用：高精度角度测量和分度,- 全光栅平均效应,优点：, 环形光栅的辐射形莫尔条纹,两块环形光栅（相同）- 栅线相对/不大的偏心量,辐射形莫尔条纹 - 条纹近似直线/呈辐射状,特点：条纹数目/位置 - 偏心量大小/ 圆心连线方向,光栅旋转 - 条纹数目/位置（不变）,偏心量（一个栅距）- 莫尔条纹数目增加一条（一个象限内）,应用：主轴偏移、晃动,(4) 光栅传感器特点,精度高：测长(0.2+210-6L)m，测角0.1 量程大：透射式-光栅尺长（米），反射式-几十米 响应快：可用于动态测量 增量式：增量码测量 计数 断电数据消失 要求高：对环境要求高温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 成本高：电路复杂,二、激光干涉测量系统,单频激光干涉系统,双频激光干涉系统,- 信噪比高，抗干扰能力强，大位移测量（200m以上）,双频激光干涉测量系统,三、激光测距系统,3）激光三角法,- 大范围远距离测距（几千/几十千米）,1）脉冲测距法,2）相位差测距法,测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快）,远距离 - 固体/二氧化碳；近距离 - 半导体,巨脉冲激光器 - 地球月球距离（分辨力：1m）,激光束调制 - 相位差 - 时间 - 距离,距离,特点：测量精度高、分辨力强,原理：,y = f (x),Keyence 激光测距传感器,激光测距产品,特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、 抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高,精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面特征,应用：,厚度测量：,(a) 参考表面：两传感器同向 - 减小偏心误差,(b) 相对测量：两传感器反向，无参考表面 - 克服钢板本身上下起伏造成的误差,测量范围：