浅谈光栅数显系统的工作原理及安装注意事项

采矿机械的主要部件，例如电动刮板的前后框架，喷浆机的减速箱和电力机车的减速箱，通常需要在卧式镗床上进行处理。经过近30年的运行，我厂的T612镗床已经严重恶化，精度下降，无法满足高精度加工的要求。

在设备大修期间，成功修改了数字显示并安装了光栅数字显示系统。该系统利用光栅运动产生的莫尔条纹，电子电路和单片机完成自动位移。测量并数字显示位移。该系统的工作原理和实际应用说明如下。

一、光栅数字显示系统的硬件介绍

用于处理和收集信号的芯片是AT89S51，它支持ISP在线编程功能，并且内部有两个16位定时器/计数器。键盘和显示部分采用智能显示驱动芯片WH8280，该芯片具有SPI串行接口功能，可以同时驱动8位共阴极数码管。它内部包含一个解码器，可以直接接受十六进制代码或BCD代码，并且同时具有两种可以分割的解码方法。通过芯片选择信号，可以轻松实现8位以上的显示或64键以上的键盘接口。光栅位移测量系统的硬件主要由光栅方向识别电路，AT89S51单片机，WH8280键盘和数字管电路组成。位移测量系统的原理框图如图1所示。

二、光栅尺位移测量的工作原理

光栅由光源，透镜，光栅尺（主光栅），指示光栅（副光栅）和光电元件组成。当主光栅和副光栅以较小的θ角以相对倾斜且重叠的方式放置时，两个光栅上的线将交叉。在光源的照射下，相交点附近的小区域中的黑线重叠以形成明暗的莫尔条纹，并且光栅线几乎沿垂直方向排列。当光栅尺沿着垂直划线相对于主光栅移动时，莫尔条纹随之移动。莫尔条纹的光强度大致以正（正）正弦曲线变化，并且由光电元件感应的光电流的变化规律为大致正（正）正弦曲线。放大器经过整形电路放大并整形后光栅数显，得到两个相差90°的正弦波或方波，并将其发送到光栅数字显示仪进行计数和显示。

三、光栅尺的安装注意事项

通常，主尺安装在机床的工作台上，读数头安装在机床的固定部分，应尽可能安装在主尺下方。安装位置的选择必须注意切屑飞溅光栅数显，切削液和油的飞溅方向。

1、光栅传感器的安装底座

在旧机床的改造中使用光栅尺时，通常没有理想的安装表面。需要对其进行处理以建立合适的基础。该材料优选地是经过时效处理的铸铁，以确保其变形小并且几何精度稳定。它由铣床和磨床加工。通过轮廓块或使用恒压螺钉调平，可调整底座与机床导轨表面的平行度。平行度要求在.1mm / 1000mm之内。读数头的底座和直尺的底座之间的总误差不得超过±0. 2mm。在安装过程中，调整读数头的位置，使读数头与光栅尺体之间的平行度0.为1mm，读数头与光栅尺体之间的距离约为1〜1. 5mm。

2、光栅传感器的主尺安装

使用调节螺钉将光栅主尺安装在工作台安装表面的底座上，将千分表固定在工作台上，移动工作台，测量主尺平面与机床导轨移动方向之间的平行度，调节螺钉以使其为主。当直尺的平行度在1mm / 1000mm内达到0.时，请完全拧紧固定螺钉。在安装光栅主尺时，应注意的是，当光栅主尺超过1. 5M或更多时，不可能仅安装两端。必须将支架安装在标尺主体中。最好使用夹子夹住标尺主体的中点（或几个点）。

3、光栅传感器的限制装置

所有光栅传感器安装完毕后光栅数显，为了防止在机床移动时读数头与主尺的两端发生碰撞，从而损坏光栅尺，必须在光栅尺上安装一个限位装置。机床导轨。

4、光栅传感器读取头的安装

读数头的安装方法与主尺相似。读数头与光栅主尺的平行度保证在0. 1mm以内，读数头与光栅尺之间的间隙控制在1〜1. 5mm以内。

5、保护装置的安装

通过以上工作，完成了光栅传感器的安装。但是对于一般的机床加工环境，有更多的铁屑，切削液和油渍。因此，光栅传感器应配备防护罩。保护罩是根据光栅传感器的外部横截面尺寸确定的，通常用橡胶密封以使其具有一定的耐水和耐油性。

四、使用光栅传感器的注意事项

（1）在关闭电源之前，应先插入和拔下光栅传感器和数字显示插头插座。

（2）及时清理溅在标尺上的碎屑和油，并严格防止任何异物进入光栅传感器外壳内部。

（3）定期检查每个安装连接螺钉是否松动。

（4）为了延长防尘密封条的使用寿命，可以在密封条上均匀地涂一层薄薄的硅油，注意不要溅到玻璃光栅的划线表面上

（5）为了确保光栅传感器的可靠性，可以定期用乙醇混合物（各50％）清洁光栅尺表面和指示光栅表面，以保持玻璃光栅尺表面的清洁。

（6）严禁光栅传感器振动和跳动，以免损坏光栅尺。如果光栅尺断裂，光栅传感器将失效。

（7）应注意防止油和水污染光栅尺表面，以免损坏光栅尺的线条分布并引起测量误差。

（8）光栅传感器应尽量避免在严重腐蚀的环境中工作，以免腐蚀光栅的铬层和光栅表面，并损害光栅的质量。

五、效果和收益估算

在安装数字显示器之前，操作员需要经常停下来并反复测量尺寸以控制加工精度，这受工人操作熟练程度的影响很大。安装数字显示器后，可以减少测量误差的影响，并且可以将精度控制在0. 01- 0. 03mm之内。以喷浆减速箱为例。安装数字显示器之前，需要3个班次（1300分钟的工作时间）才能完成。现在只需不到两班就可以完成，效率提高了40％。后来，我厂的C533 5、 C5325立式车床和X53T铣床也进行了数字显示系统的改装，具有明显的经济效益。