绝对式光栅尺母光栅刻划装置的设计
绝对式光栅尺工作原理
绝对式光栅尺工作原理朋友，今天咱们来聊聊绝对式光栅尺的工作原理，这可超有趣的呢！你看啊，绝对式光栅尺就像是一把超级精准的小尺子，不过它的测量方式可高级多啦。
它有一个主光栅和一个指示光栅，这俩就像一对好伙伴，总是配合得特别默契。
主光栅上面有好多细密的刻线，这些刻线就像是小格子一样，整整齐齐地排列着。
指示光栅呢，也有类似的刻线。
当光线照到这对光栅上的时候，就会发生一些奇妙的事情哦。
由于刻线的存在，光线就会被分割成一束一束的，就像一群调皮的小光线宝宝被分成了好多小队伍。
有些地方光线叠加在一起变得很亮，这就是干涉相长啦；而有些地方光线互相抵消变得很暗，这就是干涉相消喽。
这一亮一暗的条纹就叫做莫尔条纹。
这个莫尔条纹可神奇了呢。
它有一个特别好玩的特性，就是它的移动方向和光栅尺的移动方向是垂直的。
想象一下，光栅尺就像在一个平面上慢慢地滑动，而莫尔条纹就像是在旁边欢快地跳着舞，而且是横着跳的那种。
而且啊，莫尔条纹还有放大的作用。
光栅尺上的刻线间距可能非常小，但是莫尔条纹的间距就相对大很多啦。
这就好比把那些很微小的移动，通过这个神奇的莫尔条纹给放大了，这样就更容易被检测到呢。
然后呢，在绝对式光栅尺里还有光电探测器这个小机灵鬼。
它就像是一个敏锐的小眼睛，一直盯着莫尔条纹看。
当莫尔条纹移动的时候，光电探测器就能感受到光线强度的变化。
因为莫尔条纹亮暗交替嘛，所以光电探测器接收到的光信号也是一会儿强一会儿弱的。
它就把这个光信号的变化转化成电信号。
这个电信号就像是一种特殊的语言，告诉外面的设备光栅尺到底移动了多少距离。
而且啊，绝对式光栅尺之所以叫“绝对式”，是因为它能直接给出位置信息呢。
不像有些测量工具，还得先有个参考点，然后再慢慢计算相对位置。
它就像是一个很聪明的小助手，不管在什么时候，只要你问它，它就能马上告诉你它所在的精确位置。
就像你问一个很熟悉路的小伙伴“我们现在在哪呀”，它马上就能准确回答你一样。
再说说它的内部构造吧。
光栅尺的设计及加工工艺的
光栅尺的设计及加工工艺的光栅尺是一种用于测量长度和角度的精密工具，它由一系列平行的刻线组成，可以通过光学读取或电子读取来获取测量值。
光栅尺广泛应用于机床、自动化设备、测量仪器等领域。
光栅尺的加工工艺主要包括以下几个步骤：1.材料选择：光栅尺通常使用玻璃或金属作为基材。
玻璃具有良好的光学特性和稳定性，适合用于光学读取的光栅尺；金属材料则适合用于电子读取的光栅尺。
2.刻线图案设计：根据测量需求，设计出适合的刻线图案。
光栅尺的刻线通常为平行的条纹，可通过定制的刻刀或激光刻蚀来实现。
3.图案转移：将刻线图案转移到基材上。
对于玻璃基材，可以通过光刻或光刻胶的方式将图案转移到基材上；对于金属基材，可以使用化学腐蚀、电化学腐蚀或激光刻蚀等方法。
4.刻线修整和清洗：完成刻线转移后，需要进行刻线修整和清洗工作，以确保刻线的质量和准确性。
5.光栅尺加工：将刻有图案的基材进行切割和加工，使其具有适当的尺寸和形状。
加工方法可以有机械加工、化学加工、电火花加工等。
6.光栅尺涂层：为了保护刻线和提高光栅尺的工作寿命，可以对光栅尺进行薄膜涂层处理。
常见的涂层材料有氧化锌、二氧化硅等。
7.检验和调试：对加工完成的光栅尺进行检验和调试，确保其满足设计要求。
这包括检查刻线的清晰度和直线度，并使用光学或电子设备进行精密测量。
光栅尺的设计和加工是一个相对复杂的过程，需要各种精确的工艺和设备。
每个步骤都需要经验丰富的专业人员进行操作，以确保光栅尺的质量和准确性。
在工艺流程中，还需要注意控制温度、湿度等环境因素，以减少对加工过程的影响。
通过严格的质量控制和检验，可以生产出高质量的光栅尺。
光栅尺的设计及加工工艺的参考
光栅尺的设计及加工工艺的参考摘要随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。
机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件，清楚地了解他们的发展趋势，对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。
本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸，利用solidworks2009对其进行了实体建模，并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。
同时，本文阐述了光栅尺的概况，分类及工作原理，介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展，提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。
第1章绪论1.1引言在经济危机席卷全球的形式下，中国光栅尺制造商面临产品升级，寻求新发展的重要时期，制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。
实现该目标与很多因素都相关，本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手，介绍其最新发展供大家参考。
结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究，着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展，包括:(1)单场扫描技术；(2) 光栅测量技术；(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理；(4 )光栅尺的加工工艺等。
结合HEIDENHAIN数控系统，介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术，包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。
1.2光栅测量系统的发展趋势及水平光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分，是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。
光栅传感器是作为位移测量元件，光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。
光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准，并通过光电扫描进行分度，编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。
光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器，而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。
绝对式光栅尺毕业论文
毕业设计(论文)任务书(理工类)摘要绝对式光栅尺，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，经常应用于数控机床的闭环伺服系统中。
本文就光栅的数据采集，信号的细分辨相作详细的研讨和论证。
本设计的主要特点就是能够对光栅尺实时定位得到绝对位置，并通过辨向细分电路对信号处理使其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
关键词：辨向细分电路数据采集光栅尺AbstractAbsolute grating, is the measurement feedback device using of grating optics , often used in closed-loop CNC machine tool servo systems.In this paper, there will be a detailed discussion and demonstration about raster data acquisition and signal’s subdivision. The main feature of this design is the ability to obtain real-time location of the grating absolute position, and to distinguish the sub-circuit through the signal processing to measure the output signal into digital pulses with a detection range, high precision and fast responseKey words Quadrature decoder/ counter Data Acquisition Grating Sensor目录第1章绪论 (1)1.1光栅传感器简介 (1)1.2课题背景 (1)1.3课题的建立以及本文完成的主要工作 (2)第2章光栅测量技术 (3)2.1光栅简介 (3)2.2光栅测量原理 (4)2.2.1 信息采集原理 (4)2.2.2 裂相窗口测量原理 (5)2.2.3 绝对位移测量 (6)第3章光栅尺的电路设计 (7)3.1光栅尺辨相技术 (7)3.1.1 辨相的原理 (7)3.1.2 辨相电路 (9)3.2细分原理 (10)3.2.1 四细分 (10)3.2.2 五细分 (11)第4章光栅尺版图制作 (14)4.1版图制作概况 (14)4.2版图制作设计 (14)4.2.1 软件环境介绍 (14)4.2.2 电路图的绘制 (14)4.3电子版图布线设计 (15)4.4主要技术性能指标 (18)第5章光栅尺的制造与安装 (19)5.1光栅尺的制造 (19)5.1.1 元器件筛选的目的和作用 (19)5.1.2 元器件筛选的原理 (19)5.1.3 电子元器件筛选方案 (20)5.2光栅尺的安装 (21)5.2.1 位移传感器安装基面 (21)5.2.2 位移传感器主尺安装 (22)5.2.3 位移传感器读数头的安装 (22)5.2.4 位移传感器限位装置 (22)5.2.5 位移传感器检查 (22)5.2.6 光栅传感器安装注意事项 (23)第6章结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)附录1 (27)附录2 (32)绝对式光栅尺第1章绪论1.1 光栅传感器简介传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
绝对值弧形光栅尺
绝对值弧形光栅尺
绝对值弧形光栅尺是一种采用玻璃材质的标尺光栅作为位置测量基准的测量设备。
它的基本原理是在标尺光栅上刻有两个码道：绝对码道和增量码道。
绝对码道将不同宽度和不同间距的栅线以绝对位置数据用编码形式直接制作到标尺光栅上，用于确定绝对粗位置。
增量码道采用周期性的光栅刻线，形成的增量信号通过高细分，用于决定光栅的精度和分辨力。
两个码道测量值的结合，形成最终的绝对位置测量值。
两个码道的信号采用同一光源照射，专用光电器件接收。
配备数显表可用于非数控的手动机床加工的数字显示，同时具备增量测量与绝对测量两种功能，使加工定位更为简单准确。
绝对值弧形光栅尺主要用于直线位置显示与控制，是特种用途机床、专用机床、影像仪及其它自动化生产设备的功能部件。
总的来说，绝对值弧形光栅尺具有高精度、高可靠性和高安全性等优点，在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。
高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点_孙强
Topical Review72WMEM ·2012第5期www .cmtba .org .cn高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点Progress and Technical Features of Absolute Grating with High Precision中国科学院长春光学精密机械与物理研究所孙强在现代机加行业中，大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。
由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制，降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差，提高加工精度，所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。
光栅尺分为增量式和绝对式：增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹，通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量，并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置；绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道，读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。
绝对式光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息，无需“归零”操作，简化控制系统设计；绝对位置计算在读数头中完成，无需后续细分电路；采用双向串行通信技术，通信可靠。
因此，绝对式光栅尺在数控行业得到越来越广泛的应用。
一、国内外发展状况国外能够生产绝对式光栅尺的厂家主要有：德国海德汉（HEIDENHAIN ）公司、日本三丰（MITUTOYO ）公司、西班牙发格（FAGOR ）公司和英国雷尼绍（RENISHAW ）公司。
其中海德汉公司的产品和技术被业内公认为本领域先进技术的代表，并一直引领光栅计量技术发展，其光栅测量产品市场占有量居全球首位。
该公司自1994年推出绝对式光栅尺以来，经过不断改进提高，绝对计量功能从最初由7条码道组合实现，发展到2005年采用单轨绝对编码技术，加之单场扫描技术与双向串行数字接口的应用，其LC 系列封闭式绝对式光栅尺已经成为各国机床闭环数控系统普遍选用的功能部件。
光栅尺的设计及加工工艺的参考
光栅尺的设计及加工工艺的参考光栅尺是一种精密测量装置，可用于测量机械设备的运动或位置。
光栅尺通过光学原理实现测量，具有高精度、不易受环境干扰等特点，广泛应用于机床、机器人、半导体设备等领域。
如何设计和加工光栅尺是关键的步骤，下面将详细介绍光栅尺的设计及加工工艺。
一、光栅尺的设计1.确定测量范围：根据需求确定光栅尺的测量范围，通常根据机械设备的尺寸和运动范围来确定。
2.选择光栅尺的类型：根据精度要求和应用需求选择合适的光栅尺类型，常见的有拉线式光栅尺、投影式光栅尺、平面光栅尺等。
3.确定分辨率：根据测量要求和机械设备的精度要求确定光栅尺的分辨率，分辨率越高，测量精度越高，但成本也会相应提高。
4.设计光栅尺的结构：根据测量原理和工艺要求设计光栅尺的结构，包括光栅片的安装方式、测量头的结构等。
5.线条图案设计：根据分辨率要求和工艺要求设计光栅片的线条图案，通常采用等宽等间距的线条设计，线条的宽度和间距根据光学和电子学的原理进行计算。
6.成像系统设计：根据光栅尺的工作原理设计光栅尺的成像系统，包括LED光源、光学透镜、CCD成像传感器等。
二、光栅尺的加工工艺1.光栅片制作：根据设计要求，采用光刻工艺将线条图案制作在玻璃或金属基底上，常用的光刻工艺有光阻法、金属蒸镀法等。
2.光栅片涂覆：根据设计要求，将光栅片表面进行涂层处理，常用的涂层材料有氧化铝、氮化硅等，用于提高光栅片的耐磨损性和光学性能。
3.光栅片检测：对制作好的光栅片进行质量检测，主要检测光栅片的形状、线条图案的精度和分辨率等。
4.光栅片组装：将制作好的光栅片安装在光栅尺的测量头上，保证光栅片的位置准确。
5.光栅尺调试：对组装好的光栅尺进行调试，校准测量系统，确认测量精度和分辨率是否符合设计要求。
6.光栅尺封装：将调试好的光栅尺进行封装，通常采用金属外壳和防尘防水的设计，以保护光栅尺的稳定性和耐用性。
7.光栅尺总检：对封装好的光栅尺进行全面检验，包括外观检查、电气性能测试等，确保光栅尺的质量达到要求。
绝对式光栅尺母尺刻划曝光系统
绝对式光栅尺母尺刻划曝光系统刘华;卢振武;熊峥;王尧;王鹤;黄剑波;谭向全;孙强【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)007【摘要】提出了基于数字微镜器件(DMD)的双曝光头总体结构,该结构可同时刻划母尺的周期和非周期两个光栅码道.单曝光头包含曝光光源、调焦光源、DMD和投影镜头四部分,曝光光源由激光器、准直镜组、二维微透镜阵列和场镜组成.本文利用光学软件TracePro设计该光源,实现了能量的平顶分布,在14 mm×10 mm的照明面上均匀性达到95％以上.利用光学软件Zemax设计了工作在双波段(曝光光源0.403～0.407 μm和调焦光源0.525～0.535 μm)的共焦投影镜头,采用了二向色镜和分光棱镜使其能在曝光的同时进行实时调焦,优化后的系统在曝光波段和调焦波段均达到衍射极限,最大畸变为0.009％.与传统的光栅尺刻划技术对比,设计的曝光系统具有工艺简单、制作速度快、精度高等优势,可用于长、超长计量光栅的制作.【总页数】6页(P1814-1819)【作者】刘华;卢振武;熊峥;王尧;王鹤;黄剑波;谭向全;孙强【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院大学,北京130049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TN305.7【相关文献】1.基于FPGA的绝对式光栅尺接口通讯设计与实现 [J], 张芳健;王晗;蔡念;廖剑祥;胡峰;曾耀斌;李志劲;何国锐2.绝对式光栅尺母光栅刻划装置的设计 [J], 郑黎明;谭向全3.基于BISS协议绝对式光栅尺数据采集系统设计 [J], 邝俊澎;杨志军;孙晗;熊少旺;吴建成;李俊颖;贾静4.数控机床专用增量式光栅尺GVS600系列和绝对式光栅尺GVS608系列 [J], 无[1]5.JFT系列绝对式光栅尺的研发与应用 [J], 王洋;杨尚;董岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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２ ０ １ ４年 ３月
机 电产 品 开崖 刨 新
Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ＆ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
ＶＯＩ ． ２７， ＮＯ． ２ Ｍａｒ ． ， ２０ １ ４
摘
要 ：简述 了绝 对式 光栅 尺母 光栅 刻划 装置 的设 计方 案 。针 对 曝光 光 源均 匀性 、图案 畸 变、精 确放 大倍 率
等难 点 问题 ，设计 了刻 划装 置的 专业 装调 方案 。 同时利 用刻 划装 置 的物理 样机 进行 曝光 加 工 ，得 到
了满 足 设 计 要 求 的 母 光 栅 码 道 图 案 。
０ 引 言
我 国在 “ 十 二五 ”期 间对 高 档数 控机 床 的关 键技 术 进行 了规划 和布 局ｌ ｌ ’ ３ Ｊ 。绝 对 式光 栅尺 是 Байду номын сангаас档 机床 闭 环数
控 系 统 的 重 要 核 心 功 能 部 件 之 一 ， 目前 国 内 尚没 有 自主
１ 方 案 设 计 概 述
１ ． １ 光学 系统基 本 工作原 理
ｏ ｆ ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｉ ｓ ｏ ｂｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｒ ｌ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ａ ｂ ｓ ｏ ｌ ｕｔ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｎ ｃ ｏｄ ｅ ｒ ； ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ； ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｉ ｎｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ； ｌ ｉ ｔ ｈ ｏ ｒａ ｇ ｐｈ ｙ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ
关 键 词 ： 绝 对 式 光 栅 尺 ；母 尺 光 栅 ；刻 划 装 置 ；曝 光 光 源
中图分 类号 ：Ｔ Ｇ ６ ８
文 献标 识码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ — ６ ６ ７ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ４ ２
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｏｆ ａ ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｉ ｎｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ａ ｂｓ ｏ ｌ ｕｔ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｉ ｓ ｂ ｉｅ ｒ ｌ ｆ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ．Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂｈ ｎ ｇ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ２ — ６ ６ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）０ ２ — １ ０ ８ — ０ ３
绝对式光栅 尺母光栅 刻划装置 的设计
郑 黎 明 。谭 向全
（ 中 国科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物理 研 究 所 ，吉 林 长 春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ）
光学 系统是 本 装 置的 核心 系统 ，它 生成 绝 对 与相 对 码 道 的 图案 ．并 将 图 案按 照设 计 比例 投 影至 光 栅基 体 的
焦 平 面 位 置 ．用 于 绝 对 和 相 对 码 道 的 刻 划 加 工 。本 系 统 采用 Ｄ ＭＤ（ Ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ｍｉ ｅ ｒ ｏ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ） 完 成 图 案 生 成 ，选
（ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｆ ｉ ｎ ｅ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ｇ １ ３ ０ ０ ３ ３ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
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研 制 的量产 产 品 ，全 部依 赖 进 口 ，为此长 春 光机 所 突破
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