淺談光柵數顯系統的工作原理及安裝注意事項

電動鏟運機前后機架、噴漿機減速箱體以及電機車減速箱體等礦用機械主要部件一般都需要在臥式鏜床上加工。我廠的T612鏜床經過近三十年的運行已老化嚴重，精度下降，不能滿足高精度機械加工的要求。

在對該設備大修時成功地對其進行了數顯改造，安裝了光柵數顯系統，該系統采用光柵移動產生的莫爾條紋與電子電路、單片機相結合來完成對位移量的自動測量，并以數字顯示位移量。下面介紹該系統的工作原理及實際應用情況。

一、光柵數顯系統的硬件介紹

處理采集信號芯片選用AT89S51，它支持ISP在線編程功能，內部具有兩個16位的定時器/計數器。鍵盤和顯示部分采用具有SPI串行接口功能且可同時驅動8位共陰式數碼管的智能顯示驅動芯片WH8280。它內部含有譯碼器，可直接接受16進制碼或BCD碼，并同時具有2種譯碼方式，可段尋址。具有片選信號，可方便地實現多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。光柵位移測量系統硬件主要有光柵辨向電路、AT89S51單片機、WH8280鍵盤和數碼管電路組成。位移測量系統原理框圖如圖1所示。

二、光柵尺位移測量工作原理

光柵是由光源、透鏡、標尺光柵(主光柵)、指示光柵(副光柵)和光電元件組成。當主光柵和副光柵呈一很小的θ角相對傾斜重疊放置時，造成兩光柵尺上的線紋交叉。在光源的照射下，交叉點附近的小區域內黑線重疊形成明暗相間的莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。當標尺光柵相對主光柵沿垂直刻線移動時，莫爾條紋跟隨其移動。莫爾條紋的光強度近似呈正(余)弦曲線變化，經光電元件所感應的光電流變化規律近似為正(余)弦曲線。經放大器放大、整形電路整形，得到兩路相差為90°的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。

三、光柵尺的安裝注意事項

一般將主尺安裝在機床的工作臺上，讀數頭安裝在相對機床靜止部件上，盡量安裝在主尺的下方。安裝位置的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。

1、光柵傳感器的安裝基面

光柵尺用在舊機床改造時一般沒有理想的安裝面，需要加工制作合適的基座，材質最好是經過時效處理的鑄鐵，以保證其變形小，幾何精度穩定，該基座要通過銑床、磨床加工。通過等高塊墊平或用定壓螺釘調整基座對機床導軌面的平行度，要求平行度為.1mm/1000mm以內。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。

2、光柵傳感器的主尺安裝

用調節螺釘將光柵主尺上在工作臺安裝面基座上，千分表固定在床身，移動工作臺，測量主尺平面與機床導軌運動方向的平行度，調整螺釘，使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內時，把固定螺釘徹底上緊。在安裝光柵主尺時，應注意光柵主尺超過1.5M以上時，不能只安裝兩端頭，需在主尺尺身中安裝支撐，最好用一個卡子卡住尺身中點(或幾點)。