计量光栅辨向技术

　　1引言

　　以圆光栅为核心的数字测量系统，已被广泛应用于机床、机器人、几何量精密计量仪表及自动控制等领域，对生产过程中的质量监控起着重要的作用。由于光栅测量系统均是增量式的，莫尔条纹的移动量的大小和运动方向与光栅尺的移动量和移动方向一一对应。当其中的一个光栅不动，另一个光栅向右移动一个栅距时，莫尔条纹向下移动一个条纹间距;同样，如果指示光栅向左动一个栅距时，莫尔条纹就向上移动一个条纹距。而且，即使在一个栅距内，莫尔条纹的移动量与光栅尺间的相对移动量也一一对应，由此可以由莫尔条纹的移动情况确切地计算出光栅间的相对移动方向和大小，所以，光栅运动的辨向技术就成为光栅测量系统必不可少的重要组成部分。

　　目前，光栅数字测量系统均是采用硬件技术，在莫尔条纹每移动一周期进行一次辨向，对于不足一周期的运动情况均没有作讨论，这势必会对读数引起误差，本文正是就这问题提出了自己的解决方法，有效地提高了读数精度。

　　2光栅数字测量系统的辨向技术

　　首先，我们采用硬件辨向技术，以确定光栅运动大于整周期的运动方向。光栅测量是增量式的，由运动的正反转情况确定可逆计数器的加减。对于小位移量的移动，即不足一周期的运动，此硬件电路是无法作出判别的，我们即采用软件进行判向，以保证更精确地读数。由于我们采用八细份电路，用此软件进行判向，即可判断出每小移位量、移动方向，如果我们采用更高细分精度，甚至可以精确判断到每一秒的运动方向。

　　2.1硬件辨向技术

　　硬件辨向技术原理见图1，其辨向原理如下所述:假如光栅作正向移动，各点波形描绘如图2所示。在理想情况下，从光栅读数头输出的信号为三角波，但经过衍射和外界影响形成正弦波，如图中51、52。把此两信号送人比较器与基准电平U。作比较，将此两信号变为方波串U，和UZ。如果将U:作为相位基准，随着光栅运动方向的改变，Ul，U，，U:间的相位关系也发生相应的改变。从波形图可见52比51落后晋相位，同样UZ比U!落后晋，贝”UZ比万!超前晋，Ul和万1给各自的微分电路以后，各产生上跳沿和下跳沿尖脉冲，这样，U:的上跳沿尖脉冲就落在U:为高电平的时区内，与门Y:打开，输出一个加法脉冲U+给可逆计数器，使计数器增加一个计数。如果光栅作反向移动，52超前s，粤相位，这就使与门yZ输出一个计数脉冲一给可逆计数器作减法计数。这就是光栅硬件辨向原理，它是在光栅移动大于一个栅距的情况下，即莫尔条纹经过一周期的情况下才能实现，对于不足一周期的微小移动，就只能用下述软件辨向技术了。