位置检测装置编码器课件

,项目,2,数控机床的位置检测装置,项目,2,数控机床的位置检测装置,任务,2.1,位置检测装置,编码器,2.1.1,位置检测装置的要求及分类,2.1.2,编码器,项目2 数控机床的位置检测装置任务2.1 位置检测装置,检测元件是数控机床半闭环或闭环伺服系统的重要组成部分，它的作用是检测位移、速度或角位移、角速度的实际值，把反馈信号传送回数控装置或伺服装置，构成半闭环或闭环系统。,2.1.1,位置检测装置的要求及分类,提问：数控机床按伺服系统分为哪三类？,检测元件是数控机床半闭环或闭环伺服系统的重要组成部分，它的作,闭环数控系统的加工精度主要由检测环节的精度决定，而检测环节的精度是通过检测传感器的分辨率来体现的。分辨率不仅取决于检测传感器本身，也取决于测量转换电路。,闭环数控系统的加工精度主要由检测环节的精度决定，而检测环节的,数控机床对检测元件的主要要求有：,（,1,）工作可靠，抗干扰性强；,（,2,）满足测量精度，检测速度和测量范围的要求；,（,3,）使用维护方便，适合机床的工作环境，成本低；,（,4,）能实现高速的动态测量,信号易于处理。,数控机床对检测元件的主要要求有：,常用的检测元件：,增量式编码器、绝对式编码器,直线光栅、圆光栅,磁栅,感应同步器,旋转变压器,常用的检测元件：,直接测量和间接测量,位置检测装置分直线式和旋转式。,典型的直线位置检测：直线光栅（也称长光栅）、感应同步器和直线磁栅。,典型的旋转位置检测：编码器、圆光栅、圆磁栅和旋转变压器。,（,1,）直接测量,位置检测装置所测量的对象就是被测量本身,即直线式测直线位移，旋转式测角位移。,直接测量和间接测量,（,2,）间接测量,旋转式检测装置测量工作台的直线位移。,如丝杠螺距为,6mm,，角位移测量值为,30,度，则工作台直线位移为,6mm,36030=0.5mm,思考：螺纹反向间隙会产生误差吗？,提问：哪个是直接测量，哪个是间接测量？,（2）间接测量提问：哪个是直接测量，哪个是间接测量？,增量式测量和绝对式测量,增量式测量的特点是只测位移增量，移动部位每移动一个基本长度,(,或角度,),单位，检测装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。,绝对式测量的特点是，被测的任一点位置都从一个固定的,零点,(,即机床原点,),算起，常以二进制数据形式来表示。,增量式测量和绝对式测量,注意：数控机床有一固定的坐标系叫机床坐标系，机床坐标原点是固定的（机床生产制造出来就固定了），下面是数车、数铣的机床坐标系：,注意：数控机床有一固定的坐标系叫机床坐标系，机床坐标原点是固,机床坐标系建立后，机床各个方向的运动即可确定，这就要求机床通电后应该找到机床固有原点：,对于绝对式检测装置，它的测量零点即是机床原点，这样机床通电后无论工作台停在什么位置，绝对式检测装置都能检测出工作台相对原点的坐标，不需要返参操作。,对于增量式检测装置，它只测量位移的增量大小，所以机床通电后必须先找到机床零点，即机床回零操作（也叫返参操作：机床到达各轴极限限位位置）,机床坐标系建立后，机床各个方向的运动即可确定，这就要求机床通,编码器是一种旋转式测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲或绝对式的数字代码。属间接式测量。,2.1.2,编码器,编码器是一种旋转式测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起,编码器根据内部结构和检测方式分类，可分为接触式、光电式和电磁式三种。,按照编码方式可分为绝对式编码和增量式编码两种。,下面分别介绍绝对编码器和增量编码器的结构及工作原理。,编码器根据内部结构和检测方式分类，可分为接触式、光电式和电磁,绝对式编码器是一种直接检测元件，它通过读取码盘上的编码来表示轴的绝对位置，没有累积误差，电源切除后，信息位置不丢失。从编码器使用的计数制分，有二进制码、格雷码、二,-,十进制码等。绝对式编码器按结构原理分，也有接触式、光电式和电磁式三类。,在这里以,绝对接触式,为例进行介绍：,一、绝对式编码器,绝对式编码器是一种直接检测元件，它通过读取码盘上的编码来表示,码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生相对变化，若电刷接触的是导电区域，则经电刷、码盘、电阻和电源形成回路，该回路中的电阻上有电流流过，为,“,1,”,；反之，若电刷接触的是绝缘区域，则不能形成回路，电阻上无电流流过，为,“,0,”,。由此，可根据码盘的位置得到由,“,1,”,、,“,0,”,组成的,4,位二进制码。,码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生相对变化，若电刷,码道的圈数就是二进制数的位数，若是,n,位二进制码盘，就有,n,圈码道，且周围均分为,2,n,等分。,二进制码盘的分辨角,=360/2,n,分辨率,=1/2,n,例如：,n=4,，则,=22.5,0,，设,0000,码为,0,度，则图上,0101=5,，相对,0000,有,5,个,，表示码盘已转过了,22,5,0,5=112,5,0,码道的圈数就是二进制数的位数，若是n位二进制码盘，就有n圈码,显然，位数,n,越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。,思考：,转动单圈时，上面的绝对式编码器很容易找到当前位置相对于原点的值，即使机床端电再通电也不影响；,显然，位数n越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。,思考：,但如果是转动多圈后到某位置，怎么确定呢？,编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动带动另一组码盘，用另一组码盘记录转动圈数（圈数可以随着增加或减小），从而扩大编码器的测量范围。,思考：,转轴,透光狭缝,光敏元件,光拦板及辨向用的,A,、,B,、,C,组狭缝,光源,零标志槽,二、增量光电式编码器,光电码盘,1,、结构,转轴透光狭缝光敏元件光拦板及辨向用的A、B、C组狭缝光源零标,编码器,编码器,工作台,丝杠,编码器,伺服电机,编码器在数控机床上的安装,工作台丝杠编码器伺服电机编码器在数控机床上的安装,2,、工作原理,2、工作原理,当光电码盘随转轴一起转动时，在光源的照射下，透过光电码盘和光栏板狭缝形成忽明忽暗的光信号，光敏元件的排列与光栏板上的条纹相对应，光敏元件将此光信号转换成脉冲信号。,电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数,n,有关，即分辨角为,360,0,/n,分辨率,=1/n,当光电码盘随转轴一起转动时，在光源的照射下，透过光电码盘和光,光拦板,3,上有,A,组,(A,、,/A),、,B,组（,B,、,/B,）和,C,组（,C,、,/C,）三组狭缝。,A,组、,B,组相互错开,1/4,节距，所以射到光敏元件上的信号相位差为,90,度，用于辨向。,A,、,/A,和,B,、,/B,是差动信号，相位差为,180,度，主要用于提高抗干扰能力。,C,组狭缝与零标志槽配合，每转产生一个脉冲称为零脉冲信号。,光拦板3上有A组(A、/A)、B组（B、/B）和C组（C、/,根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；,根据脉冲的频率可得被测轴的转速；,根据,A,、,B,两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。,根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；,常用的脉冲编码器的规格有：,2000P/r,、,2500 P/r,、,3000 P/r,、,1024 P/r,、,2048 P/r,等，也有高分辨率的达到,20000 P/r,、,25000 P/r,、,30000 P/r,等。,常用的脉冲编码器的规格有：2000P/r、2500 P/r、,