3位置检测装置-编码器课件.ppt

1、 检测元件是数控机床半闭环或闭环伺服系统的重要组成部分，它的作用是检测位移、速度或角位移、角速度的实际值，把反馈信号传送回数控装置或伺服装置，构成半闭环或闭环系统。闭环数控系统的加工精度主要由检测环节的精度决定，而检测环节的精度是通过检测传感器的分辨率来体现的。分辨率不仅取决于检测传感器本身，也取决于测量转换电路。数控机床对检测元件的主要要求有：（1）工作可靠，抗干扰性强；（2）满足测量精度，检测速度和测量范围的要求；（3）使用维护方便，适合机床的工作环境，成本低；（4）能实现高速的动态测量,信号易于处理。常用的检测元件：增量式编码器、绝对式编码器 直线光栅、圆光栅 磁栅 感应同步器 旋转变压

2、器直接测量和间接测量 位置检测装置分直线式和旋转式。典型的直线位置检测：直线光栅（也称长光栅）、感应同步器和直线磁栅。典型的旋转位置检测：编码器、圆光栅、圆磁栅和旋转变压器。（1）直接测量 位置检测装置所测量的对象就是被测量本身 即直线式测直线位移，旋转式测角位移。（2）间接测量 旋转式检测装置测量工作台的直线位移。如丝杠螺距为6mm，角位移测量值为30度，则工作台直线位移为6mm36030=0.5mm 思考：螺纹反向间隙会产生误差吗？增量式测量和绝对式测量 增量式测量的特点是只测位移增量，移动部位每移动一个基本长度(或角度)单位，检测装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。绝对式测量的

3、特点是，被测的任一点位置都从一个固定的零点(即机床原点)算起，常以二进制数据形式来表示。注意：数控机床有一固定的坐标系叫机注意：数控机床有一固定的坐标系叫机床坐标系，机床坐标原点是固定的（机床坐标系，机床坐标原点是固定的（机床生产制造出来就固定了），下面是数床生产制造出来就固定了），下面是数车、数铣的机床坐标系：车、数铣的机床坐标系：机床坐标系建立后，机床各个方向的运动即可确定，这就要求机床通电后应该找到机床固有原点：对于绝对式检测装置，它的测量零点即是机床原点，这样机床通电后无论工作台停在什么位置，绝对式检测装置都能检测出工作台相对原点的坐标，不需要返参操作。对于增量式检测装置，它只测量位移

4、的增量大小，所以机床通电后必须先找到机床零点，即机床回零操作（也叫返参操作：机床到达各轴极限限位位置）编码器是一种旋转式测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲或绝对式的数字代码。属间接式测量。编码器根据内部结构和检测方式分类，可分为接触式、光电式和电磁式三种。按照编码方式可分为绝对式编码和增量式编码两种。下面分别介绍绝对编码器和增量编码器的结构及工作原理。绝对式编码器是一种直接检测元件，它通过读取码盘上的编码来表示轴的绝对位置，没有累积误差，电源切除后，信息位置不丢失。从编码器使用的计数制分，有二进制码、格雷码、二-十进制码等。绝对式编码器按结构原理分

5、，也有接触式、光电式和电磁式三类。在这里以绝对接触式为例进行介绍：一、绝对式编码器码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生相对变化，若电刷接触的是导电区域，则经电刷、码盘、电阻和电源形成回路，该回路中的电阻上有电流流过，为“1”；反之，若电刷接触的是绝缘区域，则不能形成回路，电阻上无电流流过，为“0”。由此，可根据码盘的位置得到由“1”、“0”组成的4位二进制码。码道的圈数就是二进制数的位数，若是码道的圈数就是二进制数的位数，若是n n位位二进制码盘，就有二进制码盘，就有n n圈码道，且周围均分为圈码道，且周围均分为2 2n n等分。等分。二进制码盘的分辨角二进制码盘的分辨角 =360=3

6、60/2/2n n 分辨率分辨率=1/2=1/2n n 例如：例如：n=4n=4，则，则=22.5=22.50 0，设，设00000000码为码为0 0度，度，则图上则图上0101=50101=5，相对，相对00000000有有5 5个个，表示码，表示码盘已转过了盘已转过了22225 50 05=1125=1125 50 0 显然，位数显然，位数n n越大，所能分辨的角度越越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。小，测量精度就越高。思考：思考：转动单圈时，上面的绝对式编码器很转动单圈时，上面的绝对式编码器很容易找到当前位置相对于原点的值，容易找到当前位置相对于原点的值，即使机床端电再通电也不

7、影响；即使机床端电再通电也不影响；思考：思考：但如果是转动多圈后到某位置，怎么确但如果是转动多圈后到某位置，怎么确定呢？定呢？编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动带动另一组码盘，用另一组码盘记录转带动另一组码盘，用另一组码盘记录转动圈数（圈数可以随着增加或减小），动圈数（圈数可以随着增加或减小），从而扩大编码器的测量范围。从而扩大编码器的测量范围。转轴透光狭缝光敏元件光拦板及辨向用的A、B、C组狭缝光源零标志槽二、增量光电式编码器二、增量光电式编码器光电码盘1 1、结构、结构编码器工作台丝杠编码

8、器伺服电机编码器在数控机床上的安装2 2、工作原理、工作原理 当光电码盘随转轴一起转动时，在光源的照射下，透过光电码盘和光栏板狭缝形成忽明忽暗的光信号，光敏元件的排列与光栏板上的条纹相对应，光敏元件将此光信号转换成脉冲信号。电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即分辨角为3600/n 分辨率=1/n光拦板光拦板3 3上有上有A A组组(A(A、/A)/A)、B B组（组（B B、/B/B）和）和C C组（组（C C、/C/C）三组狭缝。三组狭缝。A A组、组、B B组相互错开组相互错开1/41/4节距，所以射到光敏元件上的信节距，所以射到光敏元件上的

9、信号相位差为号相位差为9090度，用于辨向。度，用于辨向。A A、/A/A和和B B、/B/B是差动信号，相位差为是差动信号，相位差为180180度，主要用于度，主要用于提高抗干扰能力。提高抗干扰能力。C C组狭缝与零标志槽配合，每转产生一个脉冲称为零脉组狭缝与零标志槽配合，每转产生一个脉冲称为零脉冲信号。冲信号。NoImage根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据根据A、B两相的相位超前滞后关系可判两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。断被测轴旋转方向。常用的脉冲编码器的规格有：2000P/r、2500 P/r、3000 P/r、1024 P/r、2048 P/r等，也有高分辨率的达到20000 P/r、25000 P/r、30000 P/r等。