位置检测装置脉冲编码器光栅资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三节 脉冲,(michng),编码器,脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角,(zhunjio),变成电脉冲，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。,从产生元件上分，脉冲编码器有光电式、接触式、电磁感应式三种，从精度,(jn d),和可靠性来看，光电式较好，数控机床上主要使用的是光电式脉冲编码器。,型号用 脉冲数/转（p/r）分，常用的2000，2500，3000p/r,现在有10万p/r以上的产品。,它可以用于角度检测，也可用于速度检测。通常它与电机做成一体，或安装在非轴伸端。,第一页，共二十三页。,a)b),一、绝对式编码器,绝对式编码器的工作原理,码道：测量,(cling),电路：,扇区：分辨率:,第二页，共二十三页。,由图可以看出,(kn ch),，码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。其分辨角,360,o,/2,4,=22.5,o,，,若是,n,位二进制码盘，就有,n,圈码道，,分辨角,360,o,/2,n,，,码盘位数越大，所能分辨的角度越小，测量精度越高。若要提高分辨力，就必须增多码道，即二进制位数增多。,目前接触式码盘一般可以做到9位二进制，光电式码盘可以做到18位二进制。,第三页，共二十三页。,四位,(s wi),二进制码盘非单值性误差,自然码盘的缺点及格莱码盘,用二进制代码做的码盘，如果电刷安装不准，会使得个别电刷错位，而出现很大的数值,(shz),误差。为消除这种误差，可采用葛莱码盘,。,第四页，共二十三页。,图5-13为葛莱码盘，其各码道的数码不同时,(tngsh),改变，任何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。,图5-13 葛莱码盘,例如，二进制码1101对应的葛莱码为1011，其演算过程,(guchng),如下：,1101（二进制码）,1101（不进位相加，舍去末位）,1011（葛莱码）,第五页，共二十三页。,二、增量式脉冲编码器,光电式脉冲编码器通常与电机做在一起，或者安装在电机非轴伸端，电动机可直接与滚珠,(gnzh),丝杠相连，或通过减速比为,i,的减速齿轮，然后与滚珠丝杠相连，那么每个脉冲对应机床工作台移动的距离可用下式计算：,式中,脉冲当量（mm/脉冲）；,S,滚珠,(gnzh),丝杠的导程（mm）；,i,减速齿轮的减速比；,M,脉冲编码器每转的脉冲数（p/r）。,i,1个脉冲,(michng),（）-mm,M个脉冲(360，1转)M/i个脉冲（1/i转）-S1/i mm,推导：,第六页，共二十三页。,第七页，共二十三页。,光电盘是用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与工作轴连在一起，光电盘转动,(zhun dng),时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。,光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、圆盘、光电元件和信号处理电路,(dinl),等组成（如图）。,第八页，共二十三页。,电流,(dinli),A,B,节距,t,A,1,B,1,90,0,图5-15 脉冲编码器输出,(shch),波形,为了判断旋转,(xunzhun),方向，圆盘的两个窄缝距离彼此错开1/4节距，使两个光电元件输出信号相位差90,0,。如图5-15所示，A、B信号为具有90,0,相位差的正弦波，经放大和整形变为方波A,1,、B,1,。,设A相比B相超前时为正方向旋转，则B相超前A相就是负方向旋转，利用A相与B相的相位关系可以判别旋转方向。此外，在光电盘的里圈不透光圆环上还刻有一条透光条纹，用以产生每转一个的零位脉冲信号，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲。,第九页，共二十三页。,在数控机床上，光电脉冲编码器作为位置检测装置，用在数字比较,(bjio),伺服系统中，将位置检测信号反馈给CNC装置。,图示为辨向环节框图和波形图。脉冲编码器输出的交变信号 A,B B,，经过差分驱动和差分接收进入CNC装置，再经过整形放大电路变成二个方波系列 A,1,B,1,。将 A,1,和它的反向信号,1,微分（上升沿微分）后得到 和 脉冲系列，作为,(zuwi),加、减计数脉冲。,图5-16 辨向环节,(hunji),框图,差,分,整形放大,Y,1,微,分,差,分,整形放大,Y,2,微,分,加计数,减计数,B,1,路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号，正走时（A超前B），由Y,2,门输出加计数脉冲，此时Y,1,门输出为低电平（图5-16）；反走时（B超前A），由Y,1,门输出减计数脉冲，此时Y,2,门输出为低电平。这种读数方式每次反映的都是相对于上一次读数的增量，而不能反映转轴在空间的绝对位置，所以是增量读数法。,第十页，共二十三页。,图5-16,辨,辨向环,节,节,(hu,nji),波形图,差,分,整形放大,Y,1,微,分,差,分,整形放大,Y,2,微,分,加计数,减计数,第十一,页,页，共,二,二十三,页,页。,光电脉,冲,冲编码,器,器用于,数,数字脉,冲,冲比较,(bjio),伺服系,统,统（图5-17）的,工,工作原,理,理如下,：,：,光电脉,冲,冲编码,器,器与伺,服,服电机,的,的转轴,连,连接，,随,随着电,机,机的转,动,动产生,脉,脉冲序,列,列，其,脉,脉冲的,频,频率将,随,随着转,速,速的快,慢,慢而升,降,降。若,工,工作台,静,静止，,指,指令脉,冲,冲和反,馈,馈脉冲,都,都为零,，,，两路,脉,脉冲送,入,入数字,脉,脉冲比,较,较器中,进,进行比,较,较，结,果,果输出,也,也为零,。,。因伺,服,服电机,的,的速度,给,给定为,零,零，工,作,作台依,然,然不动,。,。随着,指,指令脉,冲,冲的输,出,出，指,令,令脉冲,不,不为零,，,，在工,作,作台尚,未,未移动,之,之前，,反,反馈脉,冲,冲仍为,零,零，比,较,较器输,出,出指令,信,信号与,反,反馈信,号,号的差,值,值，经,放,放大后,，,，驱动,电,电机带,动,动工作,台,台移动,。,。电机,运,运转后,，,，光电,脉,脉冲编,码,码器将,输,输出反,馈,馈脉冲,送,送入比,较,较器，,与,与指令,脉,脉冲进,行,行比较,，,，如果,偏,偏差不,为,为零，,工,工作台,继,继续移,动,动，不,断,断反馈,，,，直到,偏,偏差为,零,零，即,反,反馈脉,冲,冲数等,于,于指令,脉,脉冲数,时,时，工,作,作台停,在,在指令,规,规定的,位,位置上,。,。,放大环节,指令信号,比较器,伺服电机,反馈信号,工作台,图5-17,数,数字,(sh,z),比较伺,服,服系统,第十二,页,页，共,二,二十三,页,页。,光栅,(gu,ngshn),一、结,构,构,光栅种,类,类,(zh,ngli),较多。,根,根据光,线,线在光,栅,栅中是,透,透射还,是,是反射,分,分为透,射,射光栅,和,和反射,光,光栅，,透,透射光,栅,栅分辨,率,率较反,射,射光栅,高,高，其,检,检测精,度,度可达1m,以,以上。,从,从形状,上,上看，,又,又可分,为,为圆光,栅,栅和直,线,线光栅,。,。圆光,栅,栅用于,测,测量转,角,角位移,，,，直线,光,光栅用,于,于检测,直,直线位,移,移。两,者,者工作,原,原理基,本,本相似,，,，本节,着,着重介,绍,绍一种,应,应用比,较,较广泛,的,的透射,式,式直线,光,光栅。,直线,光,光栅,通,通常,包,包括,一,一长,和,和一,短,短两,块,块配,套,套使,用,用，,其,其中,长,长的,称,称为,标,标尺,光,光栅,或,或长,光,光栅,，,，一,般,般固,定,定在,机,机床,固,固定,部,部件,上,上，,要,要求,与,与行,程,程等,长,长。,短,短的,为,为指,示,示光,栅,栅或,短,短光,栅,栅，,装,装在,机,机床,移,移动,部,部件,上,上。,两,两光,栅,栅尺,是,是刻,有,有均,匀,匀密,集,集线,纹,纹的,透,透明,玻,玻璃,片,片，,线,线纹,密,密度,为,为25、50,、,、100,、,、250,条,条/mm,等,等。,线,线纹,之,之间,距,距离,相,相等,，,，该,间,间距,称,称为,栅,栅距,，,，测,量,量时,它,它们,相,相互,平,平行,放,放置,，,，并,保,保持0.050.1mm,的,的间,隙,隙。,第十,三,三页,，,，共,二,二十,三,三页,。,。,第十,四,四页,，,，共,二,二十,三,三页,。,。,15,工作,(g,ngzu),原理,二、,工,工作,原,原理,当指,示,示光,栅,栅上,的,的线,纹,纹与,标,标尺,光,光栅,上,上的,线,线纹,成,成一,小,小角,度,度放,置,置时,，,，两,光,光栅,尺,尺上,线,线纹,互,互相,(h,xi,ng),交叉,。,。在,光,光源,的,的照,射,射下,，,，交,叉,叉点,附,附近,的,的小,区,区域,内,内黑,线,线重,叠,叠，,形,形成,黑,黑色,条,条纹,，,，其,它,它部,分,分为,明,明亮,条,条纹,，,，这,种,种明,暗,暗相,间,间的,条,条纹,称,称为,莫,莫尔,条,条纹,。,。莫,尔,尔条,纹,纹与,光,光栅,线,线纹,几,几乎,成,成垂,直,直方,向,向排,列,列。,严,严格,地,地说,，,，是,与,与两,片,片光,栅,栅线,纹,纹夹,角,角的,平,平分,线,线相,垂,垂直,。,。,第十,五,五页,，,，共,二,二十,三,三页,。,。,莫尔,条,条纹,具,具有,如,如下,特,特点,：,：,1.,放,放,大,大作,用,用,(zuyng),用,W,（mm）,表,表示,莫,莫尔,条,条纹,的,的宽,度,度，,P,(mm),表,表示,栅,栅距,，,，(rad),为,为光,栅,栅线,纹,纹之,间,间的,夹,夹角,，,，如,图,图5-18所,示,示则,有,有,(5-8),莫尔,条,条纹,(tiown),宽度,W,与角,成,成反,比,比，,越,越小,，,，放,大,大倍,数,数越,大,大。,2.,均,均,化,化误,差,差作,用,用,莫尔,条,条纹,是,是由,光,光栅,的,的大,量,量刻,线,线,(k,xi,n),共同,组,组成,，,，例,如,如，200条/mm的,光,光栅,，,，10mm宽,的,的光,栅,栅就,由,由2000条,线,线纹,组,组成,，,，这,样,样栅,距,距之,间,间的,固,固有,相,相邻,误,误差,就,就被,平,平均,化,化了,，,，消,除,除了,栅,栅距,之,之间,不,不均,匀,匀造,成,成的,误,误差,。,。,标尺,光,光栅,W,指示,光,光栅,（,（斜,）,）,P,第十,六,六页,，,，共,二,二十,三,三页,。,。,3.,莫,莫,尔,尔条,纹,纹的,移,移动,与,与栅,距,距的,移,移动,成,成比,例,例,当光,栅,栅尺,移,移动,一,一个,栅,栅距,P,时，,莫,莫尔,条,条纹,也,也刚,好,好移,动,动了,一,一个,条,条纹,宽,宽度,W,。只,要,要通,过,过光,电,电元,件,件测,出,出莫,尔,尔条,纹,纹的,数,数目,，,，就