数控原理及系统-6.ppt

第三节 光栅 图6-8 光栅测量系统 1、光栅测量系统如图6-8所示，由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动线路组成。 第三节 光栅 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。 除标尺光栅固定在机床上外，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，作成一个单独部件与工作台一起移动，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。 第三节 光栅 2、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，假定我们开辟一个小窗口来观察莫尔条纹的变化 情况，就会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6-9）。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6-10），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。 第三节 光栅 亮度 电压 光栅位移 O 光栅位移 O 图6-9 光栅的实际亮度变化 图6-10 光栅的输出波形图 第三节 光栅 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。 增加线纹密度，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。 第三节 光栅 图6-11a中的P1、P2、P3、P4是四块硅光电池，产生的 信号相位彼此相差90o。P1、P3信号是相位差180o的两个信号，接 差动放大器放大，得正弦信号。同理，P2、P4信号送另一个差动放 大器，得到余弦信号。正弦和余弦信号经整形变成方波A和B，为 使每隔1/4节距都有脉冲，把A、B各自反向一次得C、D信号，A、 B、C、D信号再经微分变成窄脉冲A′、B′、C′、D′，即在正 走或反走时每个方波的上升沿产生窄脉冲，由与门电路把0o、90o、 180o、270o四个位置上产生的窄脉冲组合起来，根据不同的移动方 向形成正向或反向脉冲。正向运动时，用与门Y1~Y4及或门H1，得 到A′B+AD′+C′D+B′C的四个输出脉冲；反向运动时，用与门 Y5~Y8及或门H2，得到BC′+ CD′+A′D+ AB′的四个输出脉冲， 其波形见图6-11b。 第三节 光栅 Y6 微分 微分 微分 整形 P1 P2 P4 P3 差动 放大器 差动 放大器 整形 反相 反相 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y8 微分 B A D