3位置检测装置-编码器

项目2数控机床的位置检测装置任务2.1位置检测装置——编码器2.1.1位置检测装置的要求及分类2.1.2编码器•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。2.1.1位置检测装置的要求及分类•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6mm／360×30=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。2.1.2编码器•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，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n位二进制码盘，就有n圈码道，且周围均分为2n等分。•二进制码盘的分辨角=360°/2n•分辨率=1/2n•例如：n=4，则α=22.50，设0000码为0度，则图上0101=5，相对0000有5个α，表示码盘已转过了22．50×5=112．50•显然，位数n越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。•思考：•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，即使机床端电再通电也不影响；•思考：•但如果是转动多圈后到某位置，怎么确定呢？•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），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、增量光电式编码器光电码盘1、结构编码器工作台丝杠编码器伺服电机编码器在数控机床上的安装2、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3上有A组(A、/A)、B组（B、/B）和C组（C、/C）三组狭缝。A组、B组相互错开1/4节距，所以射到光敏元件上的信号相位差为90度，用于辨向。A、/A和B、/B是差动信号，相位差为180度，主要用于提高抗干扰能力。C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。NoImage☆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A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。•常用的脉冲编码器的规格有：2000P/r、2500P/r、3000P/r、1024P/r、2048P/r等，也有高分辨率的达到20000P/r、25000P/r、30000P/r等。