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直线电机光栅尺原理

在直线电机系统中，光栅尺是实现纳米级定位的“眼睛”。本文将从光学原理、信号处理到误差补偿，完整解析高精度定位的技术链条。

 

1. 光学原理：莫尔条纹的放大效应

物理基础：

光栅常数：主光栅与指示光栅刻线间距相差Δd（通常Δd=0.1-1μm）。

莫尔条纹间距：W=d₁d₂/(d₁-d₂)，实现20-100倍光学放大。

创新结构：

反射式光栅：钢带基底，分辨率1μm，适合5m以上长行程。

透射式光栅：玻璃基底，分辨率0.01μm，用于精密机床。

2. 信号处理：从光强到数字坐标

四象限技术：

光电管输出四路相位差90°的正弦信号：

V₁ = A·sin(2πx/W)

V₂ = A·cos(2πx/W)

细分电路：采用4096倍电子细分，将0.5μm栅距转化为0.12nm分辨率。

抗干扰设计：

差分传输：RS422接口，抗共模干扰能力＞30dB。

数字滤波：可编程FIR滤波器，消除200Hz以上机械振动噪声。

3. 误差补偿：突破物理极限

温度补偿：

热膨胀系数公式：ΔL=α·L·ΔT

例如：钢光栅α=11.7×10^-6/℃，1m行程在ΔT=10℃时膨胀117μm。

解决方案：内置Pt100温度传感器，补偿算法精度±0.5ppm。

安装误差校正：

阿贝误差：Δ=θ·H（θ为导轨角偏，H为阿贝偏移量）。


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