Методи зчитування інформації в оптичних лінійних вимірювальних системах

Робота більшості сучасних лінійних вимірювальних систем заснована на фотоелектричному способі зчитування. Фотоелектричне зчитування відбувається безконтактно, тому у системі відсутні зношувані елементи. Але зменшення відстані між штрихами призводить до збільшення впливу дифракції на процес зчитування сигналів.

У зв′язку з цим у лінійних системах використовують два методи зчитування,які є найбільш розповсюдженими:

1.відображаючий метод зчитування для кроку штрихів 20…40мкм

2.інтерферентний метод для малого кроку штрихів(наприклад до 8мкм)

Відображаючий метод считування:

Цей метод полягає у генеруванні сигналу на основі значень «світло/тінь» в процесі руху шкали відносно шаблона або навпаки. Штрихи шкали та шаблона повинні мати однаковий крок.

Носій штрихів шаблона виготовляється з прозорого матеріалу. Носій штрихів шкали теж може бути прозорим, або мати металеву рефлектуючу поверхню.

При співпаданні штрихів шкали та шаблона утворюється «світло». Ряд фотоелементів перетворює цей світловий сигнал у електричний і передають для обробки у пристрій ЧПК.

Чим менша відстань між штрихами, тим менша і точніша повинна бути відстань між шкалою та зчитуючим елементом.

Принципова схема цього методу зчитування показана на мал.3.

Малюнок 3. Відображаючий метод зчитування.

Інтерферентний метод зчитування

Інтерферентний метод заснований на дифракції та інтерференції світла при проходженні його крізь прицедійні штрихи шаблона.

У якості шкали використовують дифракційну ступінчасту решітку з

рефлентуючими штрихами висотою 0,2мкм. Перед шкалою знаходиться шаблон ,що пропускає випромінювання і має такий самий крок штрихів як і шкала.

При потраплянні світловоï хвилі на шаблон , утворюються хвилі – 1,0 та 1 порядків. Від шкали вони відображаються таким чином , що хвилі -1 і 1 порядку мають найбільшу інтенсивність . Ці хвилі утворюють 2 – ві групи хвиль , що відбиваються від шаблона під різними кутами. Фотоелементи перетворюють інтенсивність хвиль в електричний сигнал (мал. 4). З отриманого сигналу можна вирахувати шлях , що пройдено.

(оптична схема)

С – період шкали

Ψ – зміщення фази світловоïволни при проходженні через шаблон

Ω- зміщення фази світловоïволни при рухаючій шкалі впродовж осі Х

Малюнок 4. Интерферентний метод зчитування.

Одне поле сканування.

Сушність метода полягає у використанні одного структурованого фотосенсора, на який нанесена матриця із багатьма фотоелементами . За кожну ділянку інформаціïвідповідаєгрупафотоєлементів , що значно збільшує якість сигналу , а також дозволяє отримувати якісний сигнал , навіть при потраплянні на шкалу забруднень (типу легких мастил) ,та незначних механічних ушкодженнях (подряпинах).

Засоби забезпечення точності вимірювань.

Точність вимірювання в оптичних лінійках залежить від параметрів :

1) точність штрихів шкали

2) якість зчитування сигналів

3) якість електронних приладів , що оброблюють сигнал

4) похибки взаємного розташування зчитуючоï головки та шкали.

В оптичних лінійках розрізнюють похибки вимірювання:

1. похибка , віднесена до всієï довжини шкали.

Ця величина задається для всієї вимірювальної󠇓ї системи, вилучаючи зчитуючу головку і називається точністю системи.

Точність системи задається класами. Клас точності визначається значенням похибки ± ɑ. При цьому похибка визначається для величини переміщення , що дорівнює – 1 метру.

Граничні значення ± F повинні знаходитись у межах значень ± ɑ для заданого класу точності і визначення при кінцевому контролі кожного конкретного виробу(лінійки)

2. похибка віднесена до першого періоду сигналу

Ця похибка не повинна перевищувати значень 2% , а іноді 1% у будь- якій точці вимірювання по всій довжині шкали

Приклад :

Період сигналу	Допустима похибка
20мкм	±0,2мкм
40мкм	±0,8мкм
4мкм	±0,08мкм