數(shù)顯表原理與應(yīng)用課件

機(jī)床數(shù)控改造的方法？**數(shù)顯表原理與應(yīng)用一、數(shù)顯表概念二、數(shù)顯表在機(jī)床改造中的應(yīng)用三、NEWALL數(shù)顯與球刪尺介紹四、GS9000數(shù)顯表介紹四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、數(shù)顯表概念數(shù)顯表是一種用于顯示的電子儀表，目前在各行各業(yè)均有應(yīng)用，因?yàn)槠滹@示數(shù)據(jù)精確而且一目了然，所以在很多場合下已經(jīng)代替了

指針式儀表。從我們

家中的電子鐘表到工

廠用的顯示數(shù)據(jù)牌，

無論是對時(shí)間的把握

還是對產(chǎn)量的控制都

提供了精準(zhǔn)的數(shù)字顯

示，用數(shù)字量替換了

模擬量。廣義和狹義之分***二、數(shù)顯表在機(jī)床改造中的應(yīng)用數(shù)顯表的選用原則機(jī)床類型與控制軸數(shù)檢測元件類型控制精度可靠性價(jià)格數(shù)顯表安裝方式：***四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院如何安裝球柵尺球柵尺的安裝是十分簡單的，一般是將球柵尺兩端用專用支架固定在機(jī)床上。讀數(shù)頭固定在機(jī)床的走刀架上，與球柵尺做相對運(yùn)動(dòng)。有時(shí)小機(jī)床把讀數(shù)頭固定、球柵尺做運(yùn)動(dòng)。3米以上的球柵尺（含3米），要在尺的中間加裝彈性支架。一般1.5米距離裝一個(gè)彈性支架。8米以下的（含8米）球柵尺不用接，8米以上的尺需要接長。如10米的球柵尺要取兩根4.9米的鋼管、各在一端內(nèi)徑車扣。再取0.2米的鋼管一根,兩端都在外徑上車扣。然后它們都裝上等量的鋼球擰上即可。安裝數(shù)顯表時(shí)要注意盡可能遠(yuǎn)離機(jī)床的電動(dòng)機(jī)。以避免產(chǎn)生不必要干擾信號。*NEWALL數(shù)顯表型號A50B60C80E70E90SA100TOPAZ-DDP-900**Newall球柵尺優(yōu)勢

◆防護(hù)等級IP67 (6灰塵難以進(jìn)入，完全防塵。7浸在深度不超過1 米的水下可防止水進(jìn)入。)

◆防塵、防油、防鐵屑，能在惡劣環(huán)境下工作

◆無機(jī)械磨損

◆無需日常清理與維護(hù)

◆抗沖擊、耐震動(dòng)

◆可靠性高*信號漂移也是讓直流傳感器頭疼的一個(gè)問題，尤其是對于光柵來說，LED光源和太陽電池會(huì)不斷老化，更容易引起輸出信號的漂移。像Newall球柵這樣的傳感器，采用電磁感應(yīng)的測量方式，是基于系統(tǒng)某些穩(wěn)定的物理特性，如：線圈圈數(shù)比、磁導(dǎo)率等，這些是不會(huì)隨時(shí)間而改變特性的。低頻干擾，尤其是低頻電源的干擾，會(huì)作用于直流信號，除非延長系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，否則很難被排除。交流傳感器，是在某一精確穩(wěn)定的頻率下工作，故可以采用高頻和低頻濾波器消除干擾，且不影響系統(tǒng)響應(yīng)速度。Newall球柵曾因其原始球柵距大于光柵距而遭人置疑。但事實(shí)上，對于交流信號而言，通過電細(xì)分插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)高分辨率，比直流信號更容易實(shí)現(xiàn)。就像旋轉(zhuǎn)編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)同光電編碼器一樣的精度和分辨率，Newall球柵也可以達(dá)到與直線光柵和磁柵一樣的高性能。*球柵尺與微柵尺性能比較*技術(shù)參數(shù)球柵尺SPHEROSYN微柵尺M(jìn)ICROSYN測量分辨率0.005mm/0.001mm0.001mm/0.0005mm測量準(zhǔn)確度±(0.01+0.005/m)mm±0.005mm最大運(yùn)行速度2m/sec0.75m/sec有效行程50～11684mm(>30m)50～1050mm信號輸出Sin/Cos或RS422-TTLSin/Cos或RS422-TTL讀數(shù)頭尺寸54mm×131mm×28mm35mm×75mm×25mm防護(hù)等級IP67(IEC529)IP67(IEC529)抗沖擊100g(IEC69-2-6)100g(IEC69-2-6)耐振動(dòng)30g(IEC-2-27)30g(IEC-2-27)熱膨脹系數(shù)12×10-6/°K12×10-6/°K球柵尺原理球柵采用電磁感應(yīng)技術(shù)，含讀數(shù)頭和尺身兩部分。尺身是一根不銹鋼管，內(nèi)裝精密的鎳鎘合金球構(gòu)成。生產(chǎn)調(diào)試時(shí)，會(huì)對合金球加載一定的預(yù)緊力，使其緊密排列。讀數(shù)頭內(nèi)封裝有線圈組及電路，測量時(shí)，讀數(shù)頭沿尺身滑動(dòng)。*如圖，一個(gè)球柵距內(nèi)，不同位置的線圈，采集到的ABCD四向感應(yīng)信號幅值的變化。同組的四個(gè)線圈，位置需滿足一定要求，例如，當(dāng)一個(gè)感應(yīng)信號（如A）在波峰位置時(shí)，對應(yīng)的另一個(gè)感應(yīng)信號（如C）應(yīng)在波谷位置。這對信號經(jīng)過差分混合產(chǎn)生如圖2b所示的信號（如A-C），這一中間信號與原始感應(yīng)信號有一定相位差。如A-C信號相位超強(qiáng)45度，而D-B信號的相位則滯后45度。中間信號再進(jìn)行濾波整合，才得到最終輸出信號。讀數(shù)頭沿著尺身滑動(dòng)時(shí)，輸出信號的相位將隨其在0度至360度之間變化。*輸出信號基波頻率為10KHz，峰峰值約為5伏，直流輸出電位約為5伏。在一個(gè)球柵距（如每12.7毫米）內(nèi)，測量出的位置值都是絕對值。如圖就說明了：90度相位差對應(yīng)的是3.175mm的位移。*光柵尺原理與應(yīng)用光柵分為物理光柵和計(jì)量光柵兩大類。檢測直線位移的稱為直線光柵，檢測角度位移的稱為圓光柵；根據(jù)光電元件感光方式不同，可將光柵分為玻璃透射式光柵和金屬反射式光柵。玻璃透射式光柵是在透明的光學(xué)玻璃表面制成感光涂層或金屬鍍膜，經(jīng)過涂敷，蝕刻等工藝制成間隔相等的透明與不透明線紋，線紋的間距和寬度相等并與運(yùn)動(dòng)方向垂直，線紋之間的間距稱為柵距。常用的線紋密度為25條/㎜、50條/㎜、100條/㎜、250條/㎜。條數(shù)越多，光柵的分辨率越高。圓光柵是在玻璃圓盤的圓環(huán)端面上，制成透光與不透光相間的條紋，條紋呈輻射狀，相互間的夾角相等。直線透射式光柵1.組成由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，光柵讀數(shù)頭包括光源、透鏡、光電元件、指示光柵等。如圖9-14所示。標(biāo)尺光柵和指示光柵也可稱為長光柵和短光柵，它們的線紋密度相等。長光柵可安裝在機(jī)床的固定部件上（如機(jī)床床身），其長度應(yīng)等于工作臺的全行程；短光柵長度較短，隨光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上。莫爾條紋形成原理兩條暗帶或明帶之間的距離稱為莫爾條紋的間距B，若光柵的柵距為W，則

因?yàn)棣群苄?，則

由此可見，莫爾條紋的間距與光柵的柵距成正比。

莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：

由上式可知，莫爾條紋的間距B是光柵柵距W的1/θ，由于θ很?。ㄐ∮?0′），故B＞＞W(wǎng)，即莫爾條紋具有放大作用。例如，當(dāng)柵距為W=0.01㎜，θ=0.001rad時(shí)，莫爾條紋的間距B=10㎜。因此，不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大了1000倍的莫爾條紋的寬度，從而大大簡化了電子放大線路，這是光柵技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。（2）起均化誤差作用莫爾條紋由若干線紋組成，若光電元件接受長度為10㎜，當(dāng)W=0.01㎜時(shí)，10㎜寬的莫爾條紋就由1000條線紋組成，因此，制造上的間距誤差（或缺陷），只會(huì)影響千分之幾的光電效果。所以，莫爾條紋測量長度時(shí)，決定其精度的不是一條線紋，而是一組線紋的平均效應(yīng)。（3）莫爾條紋的變化規(guī)律長短兩光柵相對移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B，即光柵某一固定點(diǎn)的光強(qiáng)按明→暗→明規(guī)律交替變化一次。光電元件只要讀出移動(dòng)的莫爾條紋條紋數(shù)，就知道光柵移動(dòng)了多少柵距，從而也就知道了運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移量。3.光柵的辨向與信號處理在移動(dòng)過程中，經(jīng)過光柵的光線，其光強(qiáng)呈正（余）弦函數(shù)變化，反映莫爾條紋的移動(dòng)的光信號由光電元件接收轉(zhuǎn)換成近似正（余）弦函數(shù)的電壓信號，然后經(jīng)信號處理裝置整形、放大及微分處理后，即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號。為了既能計(jì)數(shù)，又能判別工作臺移動(dòng)的方向，如圖所示的光柵用了4個(gè)光電元件。每個(gè)光電元件相距四分之一柵距（W/4）。當(dāng)指示光柵相對標(biāo)尺光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過各個(gè)光電元件的時(shí)間不一樣，光電元件的電信號雖然波形一樣，但相位相差1/4周期。根據(jù)各光電元件輸出信號的相位關(guān)系，就可確定指示光柵移動(dòng)的方向。光柵的特點(diǎn)1.有很高的檢測精度?，F(xiàn)在光柵的精度可達(dá)微米級，再經(jīng)細(xì)分電路可以達(dá)到0.1微米。2.響應(yīng)速度較快，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量，易于實(shí)現(xiàn)檢測及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化控制。3.對使用環(huán)境要求高，怕油污、灰塵及振動(dòng)。4.由于標(biāo)尺光柵一般較長，故安裝、維護(hù)困難，成本高。球柵尺與光柵尺各自優(yōu)勢與特點(diǎn)（1）光柵尺與球柵尺有什么區(qū)別？光柵尺是上世紀(jì)70年代的日本產(chǎn)品，它是利用光柵的莫爾條紋和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，在3mm的附法玻璃上鍍鉻刻1μ為一道的透明長度尺，然后把它粘在鋁尺上?？抗庹凵浠蛲干浞答伒礁袘?yīng)器中進(jìn)行計(jì)量。而鋁和玻璃的膨脹系數(shù)不一樣，冷熱溫差大時(shí)極易折斷。光柵尺的傳感器與尺的連接是敞開式的，極易進(jìn)水、油、灰塵等。一旦進(jìn)去這些油、水、灰塵等光柵尺就基本報(bào)廢了。整體尺只能為3米，接長較難、精度難保證。所以光柵尺對環(huán)境要求相對較高，安裝較復(fù)雜、使用壽命短，而且必須要由專業(yè)人員安裝才行。球柵尺是國際九十年代產(chǎn)品，原產(chǎn)地為英國。它是利用導(dǎo)磁介質(zhì)量的變化實(shí)現(xiàn)電磁/磁電轉(zhuǎn)換。球柵尺的尺身是由高等級的進(jìn)口無縫鋼管和若干個(gè)精密鋼球密閉組合而成。它由感應(yīng)器產(chǎn)生的電磁切割鋼管中的精密球，把它分割成2450份而每份為5μ。由于球柵尺是密閉結(jié)構(gòu)，所以它最大優(yōu)點(diǎn)是不怕油、水、灰塵，整體尺可做到8米、拼接可做30米。而且使用壽命長、安裝簡單、環(huán)境要求低。*（2）光柵尺的分辨率同球柵尺的分辨率為什么不同？一般光柵分辯率是1μ，球柵的分辯率是5μ。但分辯率不等同于精確度，光柵只是1μ一顯示、而球柵有1μ一顯示的、也有5μ一顯示的，它們都采用以mm單位的十進(jìn)制。由于光柵是累計(jì)誤差，而球柵是周期性誤差。所以短的光柵尺精度較高，長的球柵尺精度要高于光柵尺的精度。（3）安裝光柵尺或球柵尺