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第4章 数控机床位置检测装置;第4章 数控机床的驱动与位置控制 ;下一页;光电编码器
构成:光源、指示光栅、圆光栅、光电元件。;;工作原理;;;转速测量;;第四章 数控检测装置;第四章 数控检测装置;第四章 数控检测装置;第四章 数控检测装置;4.2、接触式编码器
是一种绝对值式的检测装置,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唯一对应的代码。;涂黑部分表示导电,其余部分是绝缘的。编码盘的外四圈按导电为“1”、绝缘为“0”组成二进制码。通常,我们把组成编码的各圈称为码道。;码盘制作和电刷安装精度不够将给测量造成很大的误差。如右图所示。
一般称这种误差为“非单值性误差”。消除“非单值性误差”有两种方法。一种方法是采用双电刷。;另一种方法是采用循环码,即格雷码。循环码是无权码,其特点为相邻两个代码间只有一位数变化。因此,由于电刷安装不准而产生的误差最多不超过“1”。这样,误差就大大减小了。;第四章 数控检测装置;4.3 光栅 测量装置;(1) 光栅尺 ;1.长光栅检测装置的结构
标尺光栅或长光栅,一般固定在机床移动部件上,要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅,装在机床固定部件上。两者相互平行,它们之间保持0.05mm或0.1mm的间隙。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片,线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等,该间距称为栅距,测量时它们相互平行放置,并保持0.05~0.1mm的间隙。
;*;莫尔条纹具有如下特点:
(1). 放大作用
用W(mm)表示莫尔条纹的宽度,P(mm)表示栅距,(rad)为光栅线纹之间的夹角,如图5-18所示则有;莫尔条纹具有如下特点:;(3). 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例
当光栅尺移动一个栅距P时,莫尔条纹也刚好移动了一个条纹宽度W。只要通过光电元件测出莫尔条纹的数目,就可知道光栅移动了多少个栅距,工作台移动的距离可以计算出来。若光栅移动方向相反,则莫尔条纹移动方向也相反。;莫尔条纹具有如下特点:; 光栅测量系统; 光栅测量系统由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和一系列信号处理线???组成。除标尺光栅与工作台一起移动外,光源、聚光镜、指示光栅、光电元件和驱动线路均装在一个壳体内,作成一个单独部件固定在机床上,这个部件称为光栅读数头,又叫光电转换器,其作用把光栅莫尔条纹的光信号变成电信号。
读数头光源采用普通的灯泡,发出辐射光线,经过聚光镜后变为平行光束,照射光栅尺。光电元件(常使用硅光电池)接受透过光栅尺光强信号,并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱,在长距离传递时,很容易被各种干扰信号淹没,造成传递失真,驱动线路的作用就是将电压信号进行电压和功率放大。; 当光栅移动一个栅距,莫尔条纹便移动一个条纹宽度,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(见左图)。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(见右图),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。; 采用一个光电元件即只开一个窗口观察,只能计数,却无法判断移动方向。因为无论莫尔条纹上移或下移,从一固定位置看其明暗变化是相同的。为了确定运动方向,至少要放置两个光电元件,两者相距1/4莫尔条纹宽度。当光栅移动时,莫尔条纹通过两个光电元件的时间不同,所以两个光电元件所获得的电信号虽然波形相同,但相位相差90o。根据两光电元件输出信号的超前和滞后,可以确定标尺光栅移动方向。
; 方向判别 ;
增加线纹密度,提高刻线的精度,均能提高光栅检测装置的精度,但制造较困难,成本高。
在实际应用中,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栅距那么大位移,分辨精度可提高四倍,这就是四倍频方案。;
;sin; 当平行光线透过光栅后,交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠,因而遮光面积最小,光的累积作用使得这个区域出现亮带。
相反,距交叉点较远的区域,因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少,不透明区域面积逐渐变大,即遮光面积逐渐变大,只有较少的光线能通过这个区域透过光栅,使这个区域出现暗带。
这些与光栅线纹几乎垂直,相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。
;4.3.3 光栅检测装置的特点;;在实际应用中
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