滚动光栅位移传感器

　　0　引　　言

　　滚动光栅位移传感器是采用先进的莫尔条纹技术研制的检测装置.它通过传感器与被测物作纯滚动进行测量,它可测得线位移、曲率变化不大的非规则物体周长;通过对测得数据的处理和转换,还可求得当量直径和相应的角位移量.

　　1　特　　点

　　滚动光栅位移传感器是在圆光栅的基础上发展起来的.通过传感器的结构设计,可测量线位移的大小,因此具有一般长光栅的特点[1,2].在性能上与长光栅的主要区别在于:

　　(1)长光栅的测量范围与其结构尺寸密切相关,而滚动光栅位移传感器的设计主要考虑其测量分辨率,与测量范围无直接关系,因此其结构较小.

　　(2)测量仪器要符合阿贝原则,其仪器的总长起码为测量范围的两倍.而滚动光栅位移传感器就不受这一要求的限制,所以仪器可设计得较紧凑、小巧.

　　(3)滚动光栅传感器能测量非圆物体的周长等尺寸,这对长光栅而言是无法实现的.总之,采用滚动光栅位移传感器可使结构更加紧凑、小巧.一些特殊尺寸必须采用滚动光栅位移传感器才能测得.

　　2　结　　构

　　滚动光栅位移传感器的外形如图1所示,其结构可分为圆光栅光电转换部分、精密轴系和摩擦滚动体、安装轴三大部分.

　　圆光栅光电转换部分是传感器的分度基准器件,安装在传感器主体内部,它主要由主光栅、指示光栅、发光二极管和光敏三极管及前置放大电路所组成.在工作状态下,主光栅被固定在主轴上,当主光栅和指示光栅相互接近时将形成莫尔条纹.随着主轴旋转,莫尔条纹也相应运动,这一信号经光电转换系统的转换及前置放大,将输出四组相位各相差的近似正弦变化的模拟信号,经电路处理可实现倍频细分和判向功能,最后实现信号输出和记数显示.

　　在传感器的设计过程中,检索和分析了国外[3,4](如英国菲兰娣公司、日本尼康公司)同类产品.为保证结构趋于小型化,国外大都采用滑动摩擦传动.为此我们曾选择部分国内摩擦材料,经摩擦试验和分析知道,如按目前国内材料工艺水平,许多项技术参数都不能满足要求.因此采用了滚动轴承式,其工作寿命较为可靠,但结构相应增大.我们通过改变玻璃的厚度、调整其内部布局等方法,以满足设计要求.

　　整个传感器悬挂安装在测量仪器或加工机床上,其滚动体有较正确的展开长度,表面经过特殊处理,保证在测量时具有一定的摩擦力,以免产生相对滑动.依靠传感器的自重使滚动体与被测物作纯滚动,测得所要求的尺寸.

　　3　特性分析

　　该传感器的测量精确度主要受到三部分因素的影响: