《機床數(shù)控技術(shù) 第4版》課件 第6章 數(shù)控機床的位移檢測裝置

機床數(shù)控技術(shù)一、概述1、位置檢測的作用實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、光電編碼器

2、光柵尺2、旋轉(zhuǎn)變壓器3、霍爾元件4、激光測量系統(tǒng)5、陀螺儀測角

6、測速發(fā)電機旋轉(zhuǎn)編碼器

角度編碼器

常見的位置檢測裝置第六章數(shù)控機床位移檢測裝置第六章數(shù)控機床位移檢測裝置第二節(jié)編碼器

裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和角位移檢測方式可分為：接觸式、光電式和電磁式。增量式編碼器絕對式編碼器第六章數(shù)控機床位移檢測裝置角度編碼器18000線旋轉(zhuǎn)編碼器3600線第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、增量式脈沖編碼器光電式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光柵板節(jié)距τm+τ/4信號處理裝置第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、增量式脈沖編碼器光電式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理信號處理裝置abz節(jié)距τm+τ/4AAa第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、增量式脈沖編碼器光電式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理信號處理裝置abz節(jié)距τm+τ/4第六章數(shù)控機床位移檢測裝置Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈AB90°第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、增量式脈沖編碼器各輸出信號的作用：A、B兩相的作用：根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。后續(xù)電路可利用A、B兩相的90°相位差進行細分處理。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置ABCP90O四倍頻細分處理第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、增量式脈沖編碼器各輸出信號的作用：

Z相的作用：被測軸的周向定位基準信號；被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)計數(shù)信號。相的作用：后續(xù)電路可利用A、兩相實現(xiàn)差分輸入，以消除遠距離傳輸?shù)墓材８蓴_。Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈回參考點時！第六章數(shù)控機床位移檢測裝置作業(yè)請繪制增量編碼器正反轉(zhuǎn)輸出A相、B相、Z相及反相的信號波形，敘述各波形的作用。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置

結(jié)構(gòu)和工作原理

碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等；對應每圈都有光電傳感器；輸出信號的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比；檢測信號按某種規(guī)律編碼輸出，故可測得被測軸的周向絕對位置。0101111001100111100010011010101111001101111100000001001000110100232221202、絕對式脈沖編碼器定義：碼盤每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼第六章數(shù)控機床位移檢測裝置2、絕對式脈沖編碼器編碼方式及特點方式：二進制編碼，特點：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101001111100023222120請問：8位輸出的編碼，可測量的最小角位移是幾度？第六章數(shù)控機床位移檢測裝置2、絕對式脈沖編碼器格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）特點：任何兩個編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小分辨率上。但編碼與位置循序無直接規(guī)律。1111000111011100010001010111011000100011000010001001101110101110232221200001->0011->0010->0110第六章數(shù)控機床位移檢測裝置第三節(jié)光柵用途分：物理光柵和計量光柵運動方式分：長光柵和圓光柵光線的走向分：透射光柵和反射光柵光柵的分類：第六章數(shù)控機床位移檢測裝置按原理分物理光柵計量光柵按形狀分直線光柵圓光柵按輸出信號種類分增量式光柵絕對式光柵第六章數(shù)控機床位移檢測裝置按材質(zhì)分-金屬光柵-玻璃光柵-陶瓷光柵按光路分-透射式光柵-反射式光柵按結(jié)構(gòu)分-封閉式光柵-開放式光柵第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1－床身；2－光柵尺；3－掃描頭；4－滾珠絲杠螺母副；5－床鞍光柵尺在機床上的安裝示意圖第六章數(shù)控機床位移檢測裝置光柵尺在機床導軌上的安裝第六章數(shù)控機床位移檢測裝置光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)透射光柵第六章數(shù)控機床位移檢測裝置1、計量光柵的組成標尺光柵光源指示光柵光電接受器件第六章數(shù)控機床位移檢測裝置010,00,11,01,1衍射光柵第六章數(shù)控機床位移檢測裝置透射光柵優(yōu)點：1）光源垂直入射，信號幅值比較大，信噪比好，光電轉(zhuǎn)換器（光柵讀數(shù)頭）的結(jié)構(gòu)簡單；2）光柵每毫米的線紋數(shù)多，減輕了電子線路的負擔。缺點：玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與機床金屬部件不一致，影響測量精度。透射光柵尺的長度一般都在1～2m，常見的線紋密度為每毫米4、10、25、50、100、200、250線。反射光柵優(yōu)點：光柵和機床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，可用鋼帶做成長達數(shù)米的長光柵。安裝面積小，調(diào)整方便，適應于大位移測量場所。缺點：為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過多，常用線紋數(shù)為4、10、25、40、50。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置光柵讀數(shù)頭與標尺光柵配合起光電轉(zhuǎn)換作用，將位移量轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出。有垂直入射讀數(shù)頭、分光讀數(shù)頭、鏡像讀數(shù)頭和反射讀數(shù)頭等。圓光柵測量角位移圓光柵刻有輻射形的線紋，相互間的夾角相等。圓周內(nèi)線紋的數(shù)制一般有二進制、十進制和六十進制等三種形式。直徑為Ф270mm，360進制的圓光柵，一周內(nèi)有刻線10,800條。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù)

光柵原理（莫爾條紋）

-柵距，a-線寬，b-縫寬=a+b,a=b=/2

第六章數(shù)控機床位移檢測裝置條紋寬度：

特例：當=0,1=2

→W=

→光閘莫爾條紋當=0,

1≠2

→縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動第六章數(shù)控機床位移檢測裝置放大作用；使柵距的節(jié)距誤差平均化；根據(jù)莫爾條紋的移動方向可以辨別光柵的移動方向莫爾條紋的特點：光柵橫向移動一個節(jié)距ω，莫爾條紋正好沿刻線上下移動一個節(jié)距W，用光電元件檢測莫爾條紋信號的變化就可以測量光柵的位移。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置2、光柵測量的基本原理第六章數(shù)控機床位移檢測裝置

當指示光柵和標尺光柵的線紋相交一個微小的夾角時，由于擋光效應(當線紋密度≤50條/mm時)或光的衍射作用(當線紋密度≥100條/mm時)，在與光柵線紋大致垂直的方向上(兩線紋夾角的等分線上)產(chǎn)生出亮、暗相間的條紋——稱為“莫爾條紋”。莫爾條紋：第六章數(shù)控機床位移檢測裝置2、光柵測量的基本原理當主光柵間距W1=指示光柵間距W2時：tana=-tanθ/2B=W/θB=W1/θ第六章數(shù)控機床位移檢測裝置平均效應3、莫爾條紋特點若移動的指示光柵長度10mm,當光柵距離W=0.01mm,則一條莫爾條紋由1000條線紋組成。測量長度時，決定其精度的不是一兩條線紋，而是一組線紋的平均效應。第六章數(shù)控機床位移檢測裝置放大作用3、莫爾條紋特點B