位置检测装置机床数控技术.ppt

检测元件的作用 检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。 数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。 分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。在设计数控机床，尤其是高精度或大中型数控机床时，必须选用检测元件。 检测元件具体分类举例 不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一般要求比加工精度高一个数量级。 直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不受机床传动精度的影响。 间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床传动误差进行补偿。 1.光栅的种类 光栅有透射光栅和反射光栅两类。 透射光栅 在透明玻璃片上刻有平行等距的密集线条，常用的有50线/毫米、l00线/毫米和200线/毫米(指直线光栅)。其特点是光源可采用垂直入射光，光电元件能直接接受，因此信号幅值较大，信噪比好，读数头的结构简单。 反射光栅 在金属镜面上制成全反射或漫反射平行等距的密集线条，常用的材料有钢或铝等，其每毫米刻线数有4、10、25、40、50，甚至有600线，因此可以得到很高的精度，且长度不受限制。 莫尔条纹的产生 1、标尺光栅和指示光栅的栅距P 2、指示光栅在其自身平面内相对 于标尺光栅倾斜一个很小的角度, 两块光栅的刻线就会相交。当灯 光通过聚光镜呈平行光线垂直照 射在标尺光栅上，在与两块光栅 线纹相交的钝角平分线方向，出 现明暗交替，间隔相等的粗短条纹， 称之为横向莫尔条纹。 　应用较多的干涉条纹式光栅，是利用光的衍射现象产生莫尔干涉条纹。当两片光栅互相平行，其刻线相互成一小角度θ时，两光栅有相对运动就会生明暗相间的干涉条纹，将光源来的光经透镜变成平行光，垂直照射在光栅上，经狭缝s和透镜由光电元件接受，即可得到与位移成比例的电信号。 　　当P =0.01mm，(l00线/毫米)θ=0.01弧度，纹距W=1mm，即利用挡光效应，可把光栅线距转换成放大100倍的摩尔条纹的宽度。表明莫尔条纹的节距是栅距的1／θ倍。 三、应用（光栅位移－数字转换系统） 当光栅移动一个栅距，莫尔条纹便移动一个条纹宽度，假定开辟一小窗口观察莫尔条纹的变化情况，可发现它在移动一个栅距期间明暗变化了一个周期。 理论上光栅亮度变化是一个三角波形，但由于漏光和不能达到最大亮度，被削顶削底后而近似一个正弦波（见图3-4）。硅光电池将近似正弦波的光强信号变为同频率的电压信号（见图3-5）， 　　经光栅位移—数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表移动了一个栅距那么大的位移，通过对脉冲计数便可得到工作台的移动距离。 将明暗相间的干涉条纹用光电元件接收后，经过放大、整形、微分变成脉冲信号，即可用来测量位移量，如右图。可见每个线距可以发两个脉冲信号。 根据摩尔条纹的上述特点，可在摩尔条纹的移动方向上开设4个窗口P1，P2，P3，P4，并且使这4个窗口两两相距1/4摩尔条纹宽度(W/4),可从这4个观察窗口进行： 机床移动部件的位移检测； 确定移动部件的方向； 确定移动速度。 增加线纹密度，能提高光栅检测装置精度，但制造较困难，成本高。实际应用中，既要提高测量精度，同时又能达到自动辨向的目的，通常采用倍频或细分的方法来提高光栅的分辨精度， 　 如果在莫尔条纹的宽度内，放置四个光电元件，每隔1/4光栅栅距产生一个脉冲，一个脉冲代表移动了1/4栅距的位移，分辨精度可提高四倍，即四倍频方案。 结构及工作原理 光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，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。 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射下，透过光电码盘和光欄板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把此光信号转换成电信号，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出。输出的波形有六路： 的取反信号。 二、绝对式编码器 绝对式编码器是一种旋转式检测装置，可直接把被测转角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有其对应的测量代码，它能表示绝对位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失，仍能读出转动角度。 　　 ?绝对编码盘的