第5章-数控机床的伺服系统讲述.ppt

长光栅检测装置的结构 　　光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件, 主要由光栅尺( 包括标尺光栅和指示光栅) 和光栅读数头两部分组成, 光栅的结构 1-防护垫 2-光栅读数头 3-标尺光栅 4-防护罩 VS 3 1 2 4 3 1 2 4 5 光栅读数头 1-光源 2-准直镜 3-指示光栅 4-光敏元件 5-驱动线路 长光栅检测装置的结构 　　　　通常, 标尺光栅固定在机床的运动部件( 如工作台或丝杠) 上, 光栅读数头安装在机床的固定部件( 如机床底座) 上, 两者随着工作台的移动而相对移动。在光栅读数头中,安装着一个指示光栅, 当光栅读数头相对于标尺光栅移动时, 指示光栅便在标尺光栅上移动。当安装光栅时, 要严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙( 一般取0.05mm或0.1mm) 要求。 　　　　光栅尺是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。对于长光栅, 这些线纹相互平行, 各线纹之间的距离相等, 称此距离为栅距。对于圆光栅, 这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为25 条/mm、50 条/mm、100 条/mm、250 条/mm。对于圆光栅, 若直径为70 mm, 则一周内刻线100 ～768条; 若直径为110 mm, 则一周内刻线达600 ～1024 条, 甚至更高。同一个光栅元件, 其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。 长光栅工作原理（以透射投影为例） 莫尔条纹： 　　将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度β, 使两块光栅的刻线相交, 当平行光线垂直照射标尺光栅时, 则在相交区域出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹, 称为莫尔条纹。由于两块光栅的刻线密度相等, 即栅距λ相等, 使产生的莫尔条纹的方向与光栅刻线方向大致垂直, 其几何关系如图所示。当β很小时, 莫尔条纹的节距为　　　 这表明, 莫尔条 纹的节距是栅距的1 / β倍。当标尺光栅移动时, 莫尔条纹就沿与光栅移动 光栅的工作原理 方向垂直的方向移动。当光栅移动一个栅距λ时, 莫尔条纹就相应准确地移动一个节距p, 也就是说, 两者一一对应。因此, 只要读出移过莫尔条纹的数目, 就可知道光栅移过了多少个栅距。而栅距在制造光栅时是已知的, 所以光栅的移动距离就可以通过光电检测系统对移过的莫尔条纹进行计数、处理后自动测量出来。 透射式光栅原理 透射式光栅原理 机械结构 反射式光栅原理 反射式光栅原理 增量式光栅 增量式光栅刻线 绝对式光栅 LC481光栅尺的编码结构和附加增量刻道 光栅尺安装 光栅尺安装 测量长度大于3240mm： 分段安装与校准 安装标尺带并张紧 安装密封条 插入扫描单元 调整张力使机床线性误差优于±100μm/m?? ?? 莫尔条纹的特征： （1）莫尔条纹的变化规律：两片两光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹间距。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。 （2）放大作用 莫尔条纹宽度 P和光栅栅距 λ 、栅线夹角β之间关系： 由图可知 P = λ sin β 又θ很小可认为 sin β ≈ β 故 P = λ / β 例如：光栅的刻线为100 条, 即栅距为0.01 mm 时λ = 0.01, θ= 0.01rad, 得P =1mm, 放大100 （3）均化栅距误差作用 光栅位移-数字变换电路 莫尔条纹的细分技术：光学细分、机械细分和电子细分 a b c d 差动放大 差动放大 整形 整形 方向 辨别 门 电路 可逆 计数 正脉冲 反脉冲 a b c d 差动放大 差动放大 (sin) (cos) 整形 整形 反向 反向 微分 微分 微分 微分 A B C D A’ C’ B’ D’ Y1 Y2 Y3 Y4 Y8 Y5 Y6 Y7 H1 H2 正向脉冲 反向脉冲 sin cos A B C D A’ B’ C’ D’ 相加 A’ B’ C’ D’ 相加 正走 反走 六、磁栅 　　磁栅又称磁尺, 是一种录有等节距磁化信号的磁性标尺或磁盘, 其录磁和拾磁原理与普通磁带相似。在检磁过程中, 磁头读取磁性标尺上的磁化信号并把它转换成电信号, 然后通过检测电路将磁头相