数控机床位置检测装置学习教案.pptx

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1、会计学1数控机床数控机床(sh kn j chun)位置检测装位置检测装置置第一页，共64页。伺伺服服系系统统是是机机床床的的驱驱动动部部分分，计计算算机机输输出出的的控控制制信信息息通通过过伺伺服服系系统统和和传传动动装装置置变变成成机机床床运运动动。位位置置检检测测装装置置是是数数控控机机床床伺伺服服系系统统的的重重要要(zhngyo)(zhngyo)组组成成部部分分，其其作作用用是是检检测测位位移移和和速速度度，发发送送反反馈馈信信号号，并并与与数数控控装装置置发发出出的的指指令令信信号号比比较较，若若有有偏偏差差，则则经经过过放放大大后后控控制制执执行行部部件件向向着着消消除除偏偏差差

2、的的方方向向运运动动，直直至至偏偏差为零。差为零。第1页/共64页第二页，共64页。一一一一 开环系统开环系统开环系统开环系统(xtng)(xtng)、半闭环系统、半闭环系统、半闭环系统、半闭环系统(xtng)(xtng)、闭环系统、闭环系统、闭环系统、闭环系统(xtng)(xtng)1 1 开环系统开环系统开环系统开环系统步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角度。度。度。度。脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移动的距离。脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移

3、动的距离。脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移动的距离。脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移动的距离。那么，那么，那么，那么，工作台相对刀具移动距离工作台相对刀具移动距离工作台相对刀具移动距离工作台相对刀具移动距离=脉冲脉冲脉冲脉冲当量当量当量当量*指令脉冲数指令脉冲数指令脉冲数指令脉冲数具有具有具有具有(jyu)(jyu)结构简单、工作稳定、调试方便、维修结构简单、工作稳定、调试方便、维修结构简单、工作稳定、调试方便、维修结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，没有位置测量装置，开环简单、价格低廉等优点，没有位置测量装置，开环简单、价格低廉等优点，没有位置测量装置，开环简单、

4、价格低廉等优点，没有位置测量装置，开环系统的加工精度不高。系统的加工精度不高。系统的加工精度不高。系统的加工精度不高。第2页/共64页第三页，共64页。一一一一 开环系统开环系统开环系统开环系统(xtng)(xtng)、半闭环系统、半闭环系统、半闭环系统、半闭环系统(xtng)(xtng)、闭环系统、闭环系统、闭环系统、闭环系统(xtng)(xtng)2 2 半闭环系统半闭环系统半闭环系统半闭环系统半闭环系统的检测装置安装半闭环系统的检测装置安装半闭环系统的检测装置安装半闭环系统的检测装置安装(nzhung)(nzhung)到驱动装置到驱动装置到驱动装置到驱动装置(常用常用常用常用伺服电机伺服

5、电机伺服电机伺服电机)或丝杠的尾部。或丝杠的尾部。或丝杠的尾部。或丝杠的尾部。半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。但比闭环要好。但比闭环要好。但比闭环要好。伺服电机到工作台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，伺服电机到工作

6、台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，伺服电机到工作台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，伺服电机到工作台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，因此半闭环系统的精度不如闭环系统的高。因此半闭环系统的精度不如闭环系统的高。因此半闭环系统的精度不如闭环系统的高。因此半闭环系统的精度不如闭环系统的高。它的优点是结构简单，造价低，安装它的优点是结构简单，造价低，安装它的优点是结构简单，造价低，安装它的优点是结构简单，造价低，安装(nzhung)(nzhung)、调试与、调试与、调试与、调试与维修都很方便，精度也较高。维修都很方便，精度也较高。维修都很方便，精度也较高。维修都很方便，精度也较高。第3页/共

7、64页第四页，共64页。一一 开环系统开环系统(xtng)、半闭环系统、半闭环系统(xtng)、闭环系、闭环系统统(xtng)3 3 闭环系统闭环系统闭环系统闭环系统闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导轨上，它直接检测的是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。轨上，它直接检测的是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。轨上，它直接检测的

8、是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。轨上，它直接检测的是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。由于由于由于由于(yuy)(yuy)位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定困难。且测量故易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定困难。且测量故易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定

9、困难。且测量故易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定困难。且测量元件一般安装到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，元件一般安装到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，元件一般安装到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，元件一般安装到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，使用维护较困难。使用维护较困难。使用维护较困难。使用维护较困难。第4页/共64页第五页，共64页。二二二二 数控机床对检测数控机床对检测数控机床对检测数控机床对检测(jin c)(jin c)装置的要求装置的要求装置的要求装置的要求(1)

10、(1)满足数控机床的精度和速度要求满足数控机床的精度和速度要求满足数控机床的精度和速度要求满足数控机床的精度和速度要求 从精度上讲从精度上讲从精度上讲从精度上讲某些数控机床的定位精度已达到某些数控机床的定位精度已达到某些数控机床的定位精度已达到某些数控机床的定位精度已达到0.0015mm0.0015mm300m300m一般数控机床精度要求在一般数控机床精度要求在一般数控机床精度要求在一般数控机床精度要求在 0.0020.01mm 0.0020.01mmmm之间之间之间之间测量系统的分辨率在测量系统的分辨率在测量系统的分辨率在测量系统的分辨率在0.0010.0001mm0.0010.0001mm

11、之间之间之间之间从速度上讲从速度上讲从速度上讲从速度上讲进给速度已从进给速度已从进给速度已从进给速度已从1030m1030mminmin提高到提高到提高到提高到60120m60120mminmin主轴转速主轴转速主轴转速主轴转速(zhun s)(zhun s)也达到也达到也达到也达到10000r10000rminmin，有些高达，有些高达，有些高达，有些高达100000r/min100000r/min因此要求检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。因此要求检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。因此要求检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。因此要求检测装置必须满足数控机床高

12、精度和高速度的要求。第5页/共64页第六页，共64页。二二 数控机床数控机床(sh kn j chun)对检测装置的要求对检测装置的要求(2)工作可靠工作可靠(kko)有较强的抗有较强的抗干扰能力，外界温湿度的变化干扰能力，外界温湿度的变化对测量结果的影响要小。对测量结果的影响要小。(3)便于安装和维护便于安装和维护 测量装置有测量装置有一定的安装精度要求，安装精一定的安装精度要求，安装精度要合理。考虑到检测装置的度要合理。考虑到检测装置的使用环境，整个检测装置要求使用环境，整个检测装置要求有较好的防尘、防油雾、防切有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。屑等措施。第6页/共64页第七页，共64页

13、。三三三三 检测装置检测装置检测装置检测装置(zhungzh)(zhungzh)的常用类型的常用类型的常用类型的常用类型分分类类光电式光电式电磁式电磁式增量式增量式绝对式绝对式增量式增量式绝对式绝对式回回转转式式光电编码器光电编码器 圆光栅圆光栅编码盘编码盘旋转变压器旋转变压器 圆盘感应同步器圆盘感应同步器多极旋转变压器多极旋转变压器 三速圆感应同步器三速圆感应同步器直直线线式式计量光栅计量光栅编码尺编码尺多通道透射光栅多通道透射光栅直线感应同步器直线感应同步器三速感应同步器三速感应同步器表 常用测量(cling)装置类型第7页/共64页第八页，共64页。三三三三 检测检测检测检测(jin c

14、)(jin c)装置的常用类型装置的常用类型装置的常用类型装置的常用类型（1 1）增量式）增量式）增量式）增量式原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号，对原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号，对原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号，对原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号，对脉冲计数并处理就可得到一个位移脉冲计数并处理就可得到一个位移脉冲计数并处理就可得到一个位移脉冲计数并处理就可得到一个位移(wiy)(wiy)的增量值。任何一个对中的增量值。任何一个对中的增量值。任何一个对中的增量值。任何一个对中点都可作为测

15、量的起点。点都可作为测量的起点。点都可作为测量的起点。点都可作为测量的起点。优点：检测装置结构简单，能做到较高精度优点：检测装置结构简单，能做到较高精度优点：检测装置结构简单，能做到较高精度优点：检测装置结构简单，能做到较高精度缺点：缺点：缺点：缺点：由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移动方向，由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移动方向，由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移动方向，由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移动方向，因此必须有方向判别电路判别移动方向因此必须有方向判别电路判别移动方向因此必须有方向判别电路判

16、别移动方向因此必须有方向判别电路判别移动方向一旦计数有误，此后结果全错一旦计数有误，此后结果全错一旦计数有误，此后结果全错一旦计数有误，此后结果全错若发生故障若发生故障若发生故障若发生故障(如断电、断刀等如断电、断刀等如断电、断刀等如断电、断刀等)，事故排除后再也找不到正确位置，事故排除后再也找不到正确位置，事故排除后再也找不到正确位置，事故排除后再也找不到正确位置第8页/共64页第九页，共64页。三三 检测检测(jin c)装置的常用类型装置的常用类型（2 2）绝对式）绝对式）绝对式）绝对式原理：对于被测量的任意一点位置原理：对于被测量的任意一点位置原理：对于被测量的任意一点位置原理：对于被

17、测量的任意一点位置(wi zhi)(wi zhi)均由固定的零点标均由固定的零点标均由固定的零点标均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值起，每一个被测点都有一个相应的测量值起，每一个被测点都有一个相应的测量值起，每一个被测点都有一个相应的测量值优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置(wi(wi zhi)(zhi)(坐标值坐标值坐标值坐标值)，移动的方向靠当前值和历史记忆取得，后续，移动的方向靠当前值和历史记忆取得，后续，移动的方

18、向靠当前值和历史记忆取得，后续，移动的方向靠当前值和历史记忆取得，后续处理方便处理方便处理方便处理方便缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高第9页/共64页第十页，共64页。三三三三 检测检测检测检测(jin c)(jin c)装置的常用类型装置的常用类型装置的常用类型装置的常用类型1 1 1 1数字式测量数字式测量数字式测量数字式测量(cling)(cling)(cling)(cling)和模拟式测量和模拟式测量和模拟式测量和模拟式测量(cling)(cling)(cling)(

19、cling)数数数数字字字字式式式式测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)是是是是将将将将被被被被测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)单单单单位位位位量量量量化化化化以以以以后后后后用用用用数数数数字字字字形形形形式式式式来来来来表表表表示示示示的的的的。数数数数字字字字测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号一一一一般般般般是是是是电电电电脉脉脉脉冲冲冲冲，可可可可以以以以把把把把它它它它直直直直接接接接送送送送到到到到数数数数控控控控装装装装置置置置

20、(计计计计算算算算机机机机)进进进进行行行行比比比比较较较较、处处处处理理理理。光光光光栅栅栅栅位位位位移移移移测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)装装装装置置置置就就就就是是是是典典典典型型型型的的的的检检检检测测测测装装装装置置置置。数数数数字式测量字式测量字式测量字式测量(cling)(cling)(cling)(cling)的特点是：的特点是：的特点是：的特点是：（1 1 1 1）被测量）被测量）被测量）被测量(cling)(cling)(cling)(cling)转化成脉冲个数，便于显示和处理；转化成脉冲个数，便于显示和处理；转化成脉冲个数，便于显

21、示和处理；转化成脉冲个数，便于显示和处理；（2)2)2)2)测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)精精精精度度度度取取取取决决决决于于于于测测测测量量量量(cling)(cling)(cling)(cling)单单单单位位位位，与与与与量量量量程程程程基基基基本本本本无无无无关关关关(当当当当然然然然也也也也有积累误差有积累误差有积累误差有积累误差)；（3)3)3)3)测量测量测量测量(cling)(cling)(cling)(cling)装置比较简单，抗干扰能力强。装置比较简单，抗干扰能力强。装置比较简单，抗干扰能力强。装置比较简单，抗干扰能力强。第10页/

22、共64页第十一页，共64页。模模模模拟拟拟拟式式式式测测测测量量量量是是是是将将将将被被被被测测测测量量量量用用用用连连连连续续续续的的的的变变变变量量量量(如如如如相相相相位位位位变变变变化化化化、电电电电压压压压幅幅幅幅值值值值变变变变化化化化)来来来来表表表表示示示示的的的的。在在在在数数数数控控控控机机机机床床床床上上上上，模模模模拟拟拟拟式式式式测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内的信号相位变化等。测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内的信号相位变化等。测量主要用于小量程的测量，例如感应同步器的一个线距内的信号相位变化等。测量主要用于小量程的测量，例如感

23、应同步器的一个线距内的信号相位变化等。模拟式测量的特点模拟式测量的特点模拟式测量的特点模拟式测量的特点(tdin)(tdin)(tdin)(tdin)是：是：是：是：（1)1)1)1)直接测量被测量，无须变换；直接测量被测量，无须变换；直接测量被测量，无须变换；直接测量被测量，无须变换；（2)2)2)2)在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同步器等在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同步器等在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同步器等在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同步器等第11页/共64页第十二页，共64页。第二节第二节第二节第二节 增量增

24、量增量增量(zn lin)(zn lin)式光电编码器和绝对式编码盘式光电编码器和绝对式编码盘式光电编码器和绝对式编码盘式光电编码器和绝对式编码盘第12页/共64页第十三页，共64页。一一一一 增量增量增量增量(zn lin)(zn lin)式编码器式编码器式编码器式编码器1 2 3 4 57 6第13页/共64页第十四页，共64页。第14页/共64页第十五页，共64页。一一一一 增量增量增量增量(zn lin)(zn lin)式光电编码器工作原式光电编码器工作原式光电编码器工作原式光电编码器工作原理理理理 增量(zn lin)式光电编码器工作原理图第15页/共64页第十六页，共64页。光电脉

25、冲编码器的工作原理光电脉冲编码器的工作原理当当圆圆光光栅栅旋旋转转时时，光光线线透透过过两两个个光光栅栅的的线线纹纹部部分分，形形成成明明暗暗相相间间的的条条纹纹。光光敏敏元元件件接接收收这这些些明明暗暗相相间间的的光光信信号号，并并转转换换为为交交替替变变化化的的电电信信号号。该该信信号号为为两两组组近近似似于于正正弦弦波波的的电电流流信信号号A A和和B B，A A信信号号和和B B信信号号相相位位相相差差9090，经经过过放放大大和和整整形形变变成成方方波波，如如图图所所示示。通通过过两两个个光光栅栅的的信信号号，还还有有一一个个“一一转转脉脉冲冲”(”(一一转转发发出出(fch)(fc

26、h)一一个个脉脉冲冲)，称称为为Z Z相相脉脉冲冲，该该脉脉冲冲也也是是通通过过上上述述处处理理得得来来的的。Z Z相相脉脉冲冲用用来来产产生生机机床床的的基基准准点点，该该脉脉冲冲以以差差动动形形式式Z Z和和 (Z(Z的的反反相相)输输出出。从从图图可可看看出出，根根据据信信号号A A和和信信号号B B的的发发生生顺顺序序，即即可可判判断断光光电电编编码码器器轴轴的的正正反反转转。若若A A相相超超前前于于B B相相，则则为为正正转转；若若B B相相超超前前于于A A相相，则则为为反反转转。数数控控系系统统正正是是利利用用这一相位关系来判断方向的。这一相位关系来判断方向的。第16页/共64

27、页第十七页，共64页。n n在光电编码器的里圈还有一条透光条纹，每转产生一个零位脉冲信号。在进给电动机所用的光电编码器上，零位脉冲用于精确(jngqu)确定机床的参考点，而在主轴电动机上，则可用于主轴准停以及螺纹加工等。第17页/共64页第十八页，共64页。第18页/共64页第十九页，共64页。第19页/共64页第二十页，共64页。一一 增量增量(zn lin)式光电编码器式光电编码器光电输出波形和信号处理(xn ho ch l)线路的方块图第20页/共64页第二十一页，共64页。一一一一 增量增量增量增量(zn lin)(zn lin)式光电编码器式光电编码器式光电编码器式光电编码器2 2

28、位置和转速位置和转速位置和转速位置和转速(zhun s)(zhun s)测量测量测量测量（1 1）位置测量）位置测量）位置测量）位置测量第21页/共64页第二十二页，共64页。增量增量增量增量(zn(zn lin lin)式编码器转角式编码器转角式编码器转角式编码器转角测量电路原理图测量电路原理图测量电路原理图测量电路原理图第22页/共64页第二十三页，共64页。一一 增量增量(zn lin)式光电编码器式光电编码器（2 2）转速测量）转速测量）转速测量）转速测量脉冲频率法：在给定脉冲频率法：在给定脉冲频率法：在给定脉冲频率法：在给定(i dn)(i dn)时间时间时间时间t t内，对编码器的

29、脉冲进行计数，内，对编码器的脉冲进行计数，内，对编码器的脉冲进行计数，内，对编码器的脉冲进行计数，得一数值得一数值得一数值得一数值N1N1，设脉冲编码器的每转输出脉冲为，设脉冲编码器的每转输出脉冲为，设脉冲编码器的每转输出脉冲为，设脉冲编码器的每转输出脉冲为N N，则转速，则转速，则转速，则转速 n=n=（N1/NN1/N）*（60/t60/t）r/minr/min第23页/共64页第二十四页，共64页。一一一一 增量增量增量增量(zn lin)(zn lin)式光电编码器式光电编码器式光电编码器式光电编码器脉冲周期法：在编码器一个脉冲间隔内，对通过的标脉冲周期法：在编码器一个脉冲间隔内，对通

30、过的标脉冲周期法：在编码器一个脉冲间隔内，对通过的标脉冲周期法：在编码器一个脉冲间隔内，对通过的标准时钟脉冲进行计数，得一数值准时钟脉冲进行计数，得一数值准时钟脉冲进行计数，得一数值准时钟脉冲进行计数，得一数值N2N2，设脉冲编码器的，设脉冲编码器的，设脉冲编码器的，设脉冲编码器的每转输出每转输出每转输出每转输出(shch)(shch)脉冲为脉冲为脉冲为脉冲为N N，T T为标准时钟脉冲周期，为标准时钟脉冲周期，为标准时钟脉冲周期，为标准时钟脉冲周期，则转速则转速则转速则转速 n=60/n=60/（2 N2N T2 N2N T）r/minr/min第24页/共64页第二十五页，共64页。二二二

31、二 编码编码编码编码(bin m)(bin m)盘测量装置盘测量装置盘测量装置盘测量装置码盘角分辨率=360/2nC4 C3 C2 C1二进制码盘葛莱码盘第25页/共64页第二十六页，共64页。二二二二 编码编码编码编码(bin m)(bin m)盘测量装置盘测量装置盘测量装置盘测量装置工作原理：黑的部分为工作原理：黑的部分为工作原理：黑的部分为工作原理：黑的部分为导电部分表示导电部分表示导电部分表示导电部分表示(biosh)1(biosh)1，白的部分，白的部分，白的部分，白的部分为绝缘部分表示为绝缘部分表示为绝缘部分表示为绝缘部分表示(biosh)0(biosh)0，四个码道，四个码道，四

32、个码道，四个码道都装有电刷，最里一圈都装有电刷，最里一圈都装有电刷，最里一圈都装有电刷，最里一圈是公共极。由于四个码是公共极。由于四个码是公共极。由于四个码是公共极。由于四个码道产生四位二进制数，道产生四位二进制数，道产生四位二进制数，道产生四位二进制数，码盘每转一周产生码盘每转一周产生码盘每转一周产生码盘每转一周产生0000111100001111十六个二进十六个二进十六个二进十六个二进制数，编码代表实际角制数，编码代表实际角制数，编码代表实际角制数，编码代表实际角位移，知道了编码就知位移，知道了编码就知位移，知道了编码就知位移，知道了编码就知道了角位移。道了角位移。道了角位移。道了角位移。

33、图6-7 接触式码盘结构(jigu)及工作原理第26页/共64页第二十七页，共64页。第三节第三节 光栅测量光栅测量(cling)装置装置按光路分反射光栅和透射光栅按光路分反射光栅和透射光栅按光路分反射光栅和透射光栅按光路分反射光栅和透射光栅反射光栅：反射光栅：反射光栅：反射光栅：优点：膨胀系数与机床材料一致，安装调整方便，可用钢带优点：膨胀系数与机床材料一致，安装调整方便，可用钢带优点：膨胀系数与机床材料一致，安装调整方便，可用钢带优点：膨胀系数与机床材料一致，安装调整方便，可用钢带做成长达数米的长光栅，适于大位移测量的场合做成长达数米的长光栅，适于大位移测量的场合做成长达数米的长光栅，适于

34、大位移测量的场合做成长达数米的长光栅，适于大位移测量的场合缺点：为了使反射后的莫尔条纹缺点：为了使反射后的莫尔条纹缺点：为了使反射后的莫尔条纹缺点：为了使反射后的莫尔条纹(tio wn)(tio wn)反差较大，每反差较大，每反差较大，每反差较大，每mmmm内线纹不宜过多，常用的有内线纹不宜过多，常用的有内线纹不宜过多，常用的有内线纹不宜过多，常用的有4 4、1010、2525、4040、5050线线线线/mm/mm透射光栅：透射光栅：透射光栅：透射光栅：优点：光电元件直接接受光照，信号幅值大，优点：光电元件直接接受光照，信号幅值大，优点：光电元件直接接受光照，信号幅值大，优点：光电元件直接接

35、受光照，信号幅值大，信噪比好，光信噪比好，光信噪比好，光信噪比好，光电转换器结构简单，如线性密度电转换器结构简单，如线性密度电转换器结构简单，如线性密度电转换器结构简单，如线性密度200200线线线线/mm/mm缺点：玻璃易破裂，膨胀系数与机床材料不一致，影响测量缺点：玻璃易破裂，膨胀系数与机床材料不一致，影响测量缺点：玻璃易破裂，膨胀系数与机床材料不一致，影响测量缺点：玻璃易破裂，膨胀系数与机床材料不一致，影响测量精度，测量长度在精度，测量长度在精度，测量长度在精度，测量长度在2m2m以内以内以内以内 第27页/共64页第二十八页，共64页。第三节第三节 光栅光栅(gungshn)测量装置测

36、量装置按其结构按其结构按其结构按其结构(jigu)(jigu)形式分为长光栅和圆光栅形式分为长光栅和圆光栅形式分为长光栅和圆光栅形式分为长光栅和圆光栅长光栅：测量直线位移长光栅：测量直线位移长光栅：测量直线位移长光栅：测量直线位移 圆光栅：测量角位移圆光栅：测量角位移圆光栅：测量角位移圆光栅：测量角位移按线纹密度分粗光栅和细光栅按线纹密度分粗光栅和细光栅按线纹密度分粗光栅和细光栅按线纹密度分粗光栅和细光栅第28页/共64页第二十九页，共64页。一一 光栅测量的工作光栅测量的工作(gngzu)原理原理光栅(gungshn)测量1-标尺光栅(gungshn)2-指示光栅(gungshn)3-光电接

37、收器 4-光源莫尔条纹(tio wn)示意图 W P/W P/第29页/共64页第三十页，共64页。在在在在光光光光源源源源的的的的照照照照射射射射下下下下，交交交交叉叉叉叉点点点点附附附附近近近近(fjn)(fjn)的的的的区区区区域域域域内内内内黑黑黑黑线线线线重重重重叠叠叠叠，透透透透明明明明区区区区域域域域变变变变大大大大，挡挡挡挡光光光光效效效效应应应应最最最最弱弱弱弱，透透透透光光光光的的的的累累累累积积积积使使使使该该该该区区区区域域域域出出出出现现现现亮亮亮亮带带带带；而而而而距距距距交交交交叉叉叉叉点点点点越越越越远远远远的的的的区区区区域域域域，两两两两光光光光栅栅栅栅不不

38、不不透透透透明明明明黑黑黑黑线线线线的的的的重重重重叠叠叠叠部部部部分分分分越越越越少少少少，黑黑黑黑线线线线的的的的挡挡挡挡光光光光效效效效应应应应增增增增强强强强，该该该该区区区区域域域域出出出出现现现现暗带。暗带。暗带。暗带。这这这这种种种种明明明明暗暗暗暗相相相相间间间间与与与与光光光光栅栅栅栅线线线线纹纹纹纹几几几几乎乎乎乎垂垂垂垂直直直直的的的的条条条条纹纹纹纹称称称称为为为为莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹。莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹具具具具有有有有以下特点：以下特点：以下特点：以下特点：（1 1）放放放放大大大大作作作作用用用用。当当当当两两两两光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺线

39、线线线纹纹纹纹之之之之间间间间的的的的夹夹夹夹角角角角 很很很很小小小小时时时时，莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹的的的的节节节节距距距距WW和栅距和栅距和栅距和栅距P P之间的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为第30页/共64页第三十一页，共64页。n n(2)(2)(2)(2)平均效应。莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如平均效应。莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如平均效应。莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如平均效应。莫尔条纹由许多明暗相间的条纹组成，如100100100100条条条条mmmmmmmm的光栅，的光栅，的光栅，的光栅，10mm10mm10mm10mm宽的莫尔条纹就

40、由宽的莫尔条纹就由宽的莫尔条纹就由宽的莫尔条纹就由1000100010001000条线纹组成，这样条线纹组成，这样条线纹组成，这样条线纹组成，这样(zhyng)(zhyng)(zhyng)(zhyng)对个别线纹的间距误对个别线纹的间距误对个别线纹的间距误对个别线纹的间距误差就不敏感，这在很大程度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。差就不敏感，这在很大程度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。差就不敏感，这在很大程度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。差就不敏感，这在很大程度上消除了栅距刻制不均匀造成的误差。n n (3)(3)(3)(3)信息变换作用。莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。当光栅向左

41、信息变换作用。莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。当光栅向左信息变换作用。莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。当光栅向左信息变换作用。莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。当光栅向左或向右移动一个栅距或向右移动一个栅距或向右移动一个栅距或向右移动一个栅距 P P P P时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距时，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距W W W W 。根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，只要测量出莫尔条纹移。根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，只要测

42、量出莫尔条纹移。根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，只要测量出莫尔条纹移。根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，只要测量出莫尔条纹移过的距离，就可以得出光栅移动的微小距离。过的距离，就可以得出光栅移动的微小距离。过的距离，就可以得出光栅移动的微小距离。过的距离，就可以得出光栅移动的微小距离。n n（4 4 4 4）光强分布规律。当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫）光强分布规律。当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫）光强分布规律。当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫）光强分布规律。当用平行光束照射光栅时，就会形成明、暗相间的莫尔条纹。由亮纹到暗纹，再

43、由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数。尔条纹。由亮纹到暗纹，再由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数。尔条纹。由亮纹到暗纹，再由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数。尔条纹。由亮纹到暗纹，再由暗纹到亮纹的光强分布近似余弦函数。第31页/共64页第三十二页，共64页。3)信号处理(chl)光栅输出的信号有两种：一种是正弦波信号；另一种是方波信号。（1）倍频处理(chl)。正弦波输出有电流型和电压型，对正弦波输出信号需经过差动放大、整形及倍频处理(chl)后得到脉冲信号。倍频可提高光栅的分辨精度，如5倍频、10倍频等。如原光栅线纹为 50条mm，经5倍频处理(chl)后，相当于将线纹密度提高到 250条mm

44、。图所示为 HEIDENHAIN 光栅电流型输出信号经 5倍频处理(chl)后的信号波形。第32页/共64页第三十三页，共64页。HEIDENHAIN 光栅电流型输出(shch)信号的波形(a)正弦信号;(b)整形后的信号;(c)5倍频处理后的信号第33页/共64页第三十四页，共64页。(2)方向判别。光栅输出(shch)信号经差动放大和信号处理后，获得 PA、PB脉冲信号，PA和PB的超前或滞后经方向判别电路处理后，得到以高、低电平表示的方向信号，如图所示。第34页/共64页第三十五页，共64页。二二 光栅测量装置的数字变换光栅测量装置的数字变换(binhun)线路线路光栅测量(cling)

45、系统简图第35页/共64页第三十六页，共64页。二二二二 光栅测量装置的数字变换光栅测量装置的数字变换光栅测量装置的数字变换光栅测量装置的数字变换(binhun)(binhun)线路线路线路线路 原理框图 波形图 光栅信号(xnho)4倍频电路第36页/共64页第三十七页，共64页。三三三三 读数读数读数读数(dsh)(dsh)头头头头把光源、光栅、光电元件组合在一起，称为读数头把光源、光栅、光电元件组合在一起，称为读数头把光源、光栅、光电元件组合在一起，称为读数头把光源、光栅、光电元件组合在一起，称为读数头按光路分为按光路分为按光路分为按光路分为(fn wi)(fn wi)分光式、直射式、反

46、射式分光式、直射式、反射式分光式、直射式、反射式分光式、直射式、反射式读数(dsh)头a）分光式 b）直射式 c）反光式第37页/共64页第三十八页，共64页。四四 等倍透镜等倍透镜(tujng)系统系统两光栅间距很小，如安装不准确，就不能得到正确信号两光栅间距很小，如安装不准确，就不能得到正确信号两光栅间距很小，如安装不准确，就不能得到正确信号两光栅间距很小，如安装不准确，就不能得到正确信号(xnho)(xnho)，因此在实际应用中采用了等倍透镜系统。，因此在实际应用中采用了等倍透镜系统。，因此在实际应用中采用了等倍透镜系统。，因此在实际应用中采用了等倍透镜系统。等倍透镜(tujng)系统第

47、38页/共64页第三十九页，共64页。第四节第四节 磁栅测量磁栅测量(cling)装置装置磁栅位置检测装置是用磁性标尺代替光栅，用电磁方法计数磁波数目的一种磁栅位置检测装置是用磁性标尺代替光栅，用电磁方法计数磁波数目的一种磁栅位置检测装置是用磁性标尺代替光栅，用电磁方法计数磁波数目的一种磁栅位置检测装置是用磁性标尺代替光栅，用电磁方法计数磁波数目的一种(y zh(y zh n n)测量方法。测量方法。测量方法。测量方法。磁栅位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成。磁栅位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成。磁栅位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成。磁栅位置检测装置是由磁性标

48、尺、磁头和检测电路组成。第39页/共64页第四十页，共64页。一一 工作工作(gngzu)原理原理磁性标尺是在非导磁材料的基体磁性标尺是在非导磁材料的基体磁性标尺是在非导磁材料的基体磁性标尺是在非导磁材料的基体(j t)(j t)上，涂敷或镀上一上，涂敷或镀上一上，涂敷或镀上一上，涂敷或镀上一层很薄的磁膜层很薄的磁膜层很薄的磁膜层很薄的磁膜(导磁材料导磁材料导磁材料导磁材料)，在磁膜上利用录磁原理，用录磁磁，在磁膜上利用录磁原理，用录磁磁，在磁膜上利用录磁原理，用录磁磁，在磁膜上利用录磁原理，用录磁磁头记录一定波长的矩形波或正弦波，以此作为测量的基准刻度，头记录一定波长的矩形波或正弦波，以此作

49、为测量的基准刻度，头记录一定波长的矩形波或正弦波，以此作为测量的基准刻度，头记录一定波长的矩形波或正弦波，以此作为测量的基准刻度，磁化信号的节距磁化信号的节距磁化信号的节距磁化信号的节距(周期周期周期周期)一般有一般有一般有一般有0.050.05、0.100.10、0.200.20、1mm1mm等等等等第40页/共64页第四十一页，共64页。二二 磁头磁头(ctu)1 1 读取磁头读取磁头读取磁头读取磁头磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映空间位置的磁

50、信号输送到检测电路中去。信号输送到检测电路中去。信号输送到检测电路中去。信号输送到检测电路中去。速度响应型磁头：只有在磁头和磁带之间有一定相对运速度响应型磁头：只有在磁头和磁带之间有一定相对运速度响应型磁头：只有在磁头和磁带之间有一定相对运速度响应型磁头：只有在磁头和磁带之间有一定相对运动速度时，才能检测出磁化信号，磁头输出电压幅动速度时，才能检测出磁化信号，磁头输出电压幅动速度时，才能检测出磁化信号，磁头输出电压幅动速度时，才能检测出磁化信号，磁头输出电压幅值与磁通变化率成比例，这种磁头只能用于动态测值与磁通变化率成比例，这种磁头只能用于动态测值与磁通变化率成比例，这种磁头只能用于动态测值与