光电编码器BL

1、磁栅传感器磁栅传感器编码器模拟量编码器数字编码器旋转变压器Sin/Cos 编码器增量编码器绝对值编码器A, A, B, B, C, C_格雷码二进制码数字编码器增量式编码器绝对值编码器混合式编码器代码盘用格雷码编码特点:数字编码, 根据旋转角度输出脉冲信号根据输出的脉冲信号可以转化为速度.选型:- 单编码盘 / 多编码盘 (测量一个或二个旋转变量)- 代码 (格雷码, BCD码, 二进制码)- 信号传输方式 (并口, 串口)- 分辨率- 最大旋转速度优点:- 结构简单- 角行程编码 (通过旋转轴获得)- 线性编码 (激光远距离测量)- 掉电不影响编码数据的获得- 最大24位编码缺点:- 比较贵

2、TTL 信号有零点与取消信号HTL 信号只有零点没有取消信号用正弦或余弦信号表示零点与角度特点:数字编码, 根据旋转角度输出脉冲信号根据旋转脉冲数量可以转换为速度选型:- 旋转一周对应的脉冲数 (256, 512, 1024, 2048)- 输出信号类型 (TTL, HTL, push-pull mode)- 电压类型 (5V, 24V)- 最大分辨速度优点:- 分辨能力强- 测量范围大 (100-10.000 inc./rotational motion)- 适应大多数情况缺点:- 断电后丢失位置信号- 技术专有，兼容性较差编码器在扩展轴上编码器在实体轴上绝对编码器分解器临近传感器通用编码器

3、安装在扩展轴上数字式传感器具有以下优点：数字式传感器具有以下优点：*精确度和分辨力高；精确度和分辨力高；*抗干扰能力强，便于远距离传输；抗干扰能力强，便于远距离传输；*信号易于处理和存储；信号易于处理和存储；*可以减少读数误差。可以减少读数误差。第第六章六章 数字式传感器数字式传感器 一、光电编码器的工作原理一、光电编码器的工作原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由码器是由光栅盘和光电检测装置光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一组成。光栅

4、盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测，并输出若干脉冲信号，其原理示意图如下：置检测，并输出若干脉冲信号，其原理示意图如下：光源光源透镜透镜码盘码盘转轴转轴透镜透镜光敏元件光敏元件放大整形放大整形脉冲输出脉冲输出 通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外为判断数就能反映当前电动机的转速。

5、此外为判断旋转方向，码盘可以提供相位相差旋转方向，码盘可以提供相位相差900的两路的两路脉冲信号。脉冲信号。光源光源透镜透镜码盘码盘转轴转轴透镜透镜光敏元件光敏元件放大整形放大整形脉冲输出脉冲输出 编码器包括码盘和码尺编码器包括码盘和码尺。码盘用于测量。码盘用于测量角度。码尺用于测量长度，测量长度的实际角度。码尺用于测量长度，测量长度的实际应用比较少。所以在这里只讨论码盘。应用比较少。所以在这里只讨论码盘。 有多少条码道，就有多长的二进制数，工业上常用的是21码道。 从里向外读数 亮：定义为高电平1 暗：定义为低电平0 零位（全黑）：000000110000缺点：码道多，要求制造精度高，否则，

6、会产生很大的误差。二、码制和码盘二、码制和码盘 二进制码盘的粗误差 上图是一个四位二进制码盘展开图。当读数狭缝处于AA位置时，正确读数为0111，为十进制数7。若码道C4黑区做得太短，就误读为1111，为十进制数15。反之，若黑区C4太长，当狭缝处于AA时，就会将1000读为0000。这两种情况下都将产生粗误差。双读数头法循环码盘数字式角编码器数字式角编码器 信号航空插头信号航空插头其他角编码器外形其他角编码器外形 拉拉线式线式角编角编码器利用线轮，码器利用线轮，能将直线运动转能将直线运动转换成旋转运动。换成旋转运动。其他角编码器外形其他角编码器外形光电编码器包括增量编码器和绝对码编码器两大类

7、。光电编码器包括增量编码器和绝对码编码器两大类。三、增量编码器三、增量编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲出三组方波脉冲 A、B 和和C 相；相；A、B 两组脉冲两组脉冲相位差相位差 900，从而可方便地判断出旋转方向，从而可方便地判断出旋转方向，而而 C 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。相为每转一个脉冲，用于基准点定位。 增量式编码器转轴转轴盘码及盘码及狭缝狭缝光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC增量式编码器增量式码盘增量式码盘10码码道道光电绝对式码盘光电绝对式码盘 它的

8、优点是原理它的优点是原理构造简单，机械平均构造简单，机械平均寿命可在几万小时以寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝无法输出轴转动的绝对位置信息。对位置信息。零位标志零位标志增量式光电编码器的分辨力及分辨率增量式光电编码器的分辨力及分辨率 增量式光电编码器的测量精度取决于增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数的狭缝条纹数n 有关，即最小能分辨的角度有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：及分辨率为： n0360n

9、1分辨率四、绝对式编码器 绝对式码盘与增量绝对式码盘与增量式码盘有何区别式码盘有何区别10码道光电绝对式码盘码道光电绝对式码盘 绝对式编码器按照绝对式编码器按照角度直接进行编码，角度直接进行编码，可直接把被测转角用可直接把被测转角用数字代码表示出来。数字代码表示出来。根据内部结构和检测根据内部结构和检测方式有接触式、光电方式有接触式、光电式等形式。式等形式。 零位标志零位标志绝对绝对增量增量绝对式接触式编码器绝对式接触式编码器演示演示4 4位二进制位二进制码盘码盘 +5V +5V输入输入 公共码道公共码道 最小分辨角度为最小分辨角度为 =360/2n 4 4个电刷个电刷 光电编码器是一种角度（

10、角速度）检测光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理，转换成相应的电脉冲或数电转换原理，转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。置和设备中。编码器在伺服电机中的应用编码器在伺服电机中的应用 利用利用编码器测编码器测量量伺服电机的转速、伺服电机的转速、转角，并通

11、过伺服转角，并通过伺服控制系统控制其各控制系统控制其各种运行参数。种运行参数。转速测量转速测量转子磁极位置测量转子磁极位置测量角位移测量角位移测量编码器在定位编码器在定位加工中的加工中的应用应用1 1绝对式编码器绝对式编码器 2电动机电动机 3转轴转轴 4转盘转盘 5工件工件 6刀具刀具 光栅传感器光栅传感器 一、光栅传感器的结构原理一、光栅传感器的结构原理 光栅传感器由照明系统、光栅副、光电接受元光栅传感器由照明系统、光栅副、光电接受元件三大部分组成。光栅副件三大部分组成。光栅副是光栅传感器的主要部分。是光栅传感器的主要部分。在长度计量中应用的光栅在长度计量中应用的光栅通常称为计量光栅通常称

12、为计量光栅，它主，它主要由要由主光栅（也称标尺光栅）和指示光栅主光栅（也称标尺光栅）和指示光栅组成。组成。计计量光栅可为透射式光栅和反射式光栅两大类。量光栅可为透射式光栅和反射式光栅两大类。当标当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产生亮暗交替变化，利用光电接受元件，将莫尔条纹生亮暗交替变化，利用光电接受元件，将莫尔条纹亮暗变化的光信号亮暗变化的光信号，转换成电脉冲信号，并与数字，转换成电脉冲信号，并与数字显示，从而测量出标尺光栅的移动距离。显示，从而测量出标尺光栅的移动距离。abW刻线密度刻线密度：（ 1010，2525，5050，1001

13、00线）线）/mm1000/mm1000线线/mm /mm a：刻线宽度：刻线宽度b:刻线见的缝隙宽度刻线见的缝隙宽度W：栅距，光栅常数：栅距，光栅常数 透射光栅透射光栅是在一块长方形的光学玻璃上均匀是在一块长方形的光学玻璃上均匀地刻上许多条纹，形成规则排列的明暗线条。地刻上许多条纹，形成规则排列的明暗线条。 图图610中中a为刻线宽度，为刻线宽度，b为刻线间的缝隙宽为刻线间的缝隙宽度，度，a+b=w称为光栅的栅距（或光栅常数）称为光栅的栅距（或光栅常数） 指示光栅一般比主光栅短得多，通常刻有与指示光栅一般比主光栅短得多，通常刻有与主光栅同样密度的主光栅同样密度的线纹。线纹。光源一般用钨丝灯泡

14、。光源一般用钨丝灯泡。光电元件包括光电池光电元件包括光电池和光敏三极管等部分和光敏三极管等部分。尺身尺身尺身安装孔尺身安装孔 反射式扫描头反射式扫描头 （与移动部件固定）（与移动部件固定）扫描头安装孔扫描头安装孔可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅防尘保护罩的内部为长磁栅扫描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构（续）光栅的外形及结构（续）透射式直光栅透射式直光栅反射式光栅反射式光栅透射式圆光栅透射式圆光栅固定固定莫尔条纹莫尔条纹演示演示二、莫尔条纹形成的原理及特点二、莫尔条纹形成的原理及特点 两光栅

15、平行两光栅平行-竖条纹竖条纹 标尺光栅移动一个标尺光栅移动一个W，光电管接受光线亮暗一次，光电管接受光线亮暗一次 缺点：无法辨向缺点：无法辨向 两光栅成微小角度两光栅成微小角度-横条纹横条纹 （莫尔条纹）（莫尔条纹） 形成黑白相间的条纹形成黑白相间的条纹 光栅左右移动，条纹上下移动光栅左右移动，条纹上下移动-可辨向可辨向 每移动一个栅距每移动一个栅距W，条纹移动一个间距，条纹移动一个间距BH 莫尔条纹的莫尔条纹的重要特性重要特性 运动对应关系运动对应关系 莫尔条纹近似与刻线垂直，当夹角莫尔条纹近似与刻线垂直，当夹角固定后，两光栅固定后，两光栅相对左右移动一个栅距相对左右移动一个栅距W时，莫尔条

16、纹上下或下上移时，莫尔条纹上下或下上移动一个节距动一个节距B，因此，可以通过检测莫尔条纹的移动，因此，可以通过检测莫尔条纹的移动条数和方向来判断两光栅相对位移的大小和方向。条数和方向来判断两光栅相对位移的大小和方向。 位移放大关系位移放大关系 误差平均效应误差平均效应 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，对光栅的刻莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，对光栅的刻线误差有平均作用。线误差有平均作用。 光强近似于正弦变化光强近似于正弦变化莫尔条纹莫尔条纹的位移放大作用的位移放大作用 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间

17、留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角角。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。 光栅的刻线宽度光栅的刻线宽度W莫尔条纹的莫尔条纹的宽度宽度BH BHW/ ，（为主为主光栅和光栅和指示光栅刻线的指示光栅刻线的夹角，弧度）夹角，弧度） BH莫尔条纹莫尔条纹光学放大作用举例光学放大作用举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与，主光栅与指示光栅的夹角

18、指示光栅的夹角 =1.8 ，则：，则： 分辨力分辨力 =栅距栅距W =1mm/50=0.02mm=20 m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的莫尔条纹的宽度是栅距的宽度是栅距的32倍：倍： BH W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm由于较大，因此可以由于较大，因此可以 “ “观察观察”莫尔条纹莫尔条纹光强的变化。光强的变化。一、直接测量和间接测量一、直接测量和间接测量 位置传感器有位置传感器有直线式直线式和和旋转式旋转式两大类。若位置两大类。若位置传感器所测量的对象

19、就是被测量本身，即用直线式传感器所测量的对象就是被测量本身，即用直线式传感器测直线位移，用旋转式传感器测角位移，则传感器测直线位移，用旋转式传感器测角位移，则该测量方式为直接测量。例如直接用于直线位移测该测量方式为直接测量。例如直接用于直线位移测量的量的直线光栅和长磁栅直线光栅和长磁栅等；直接用于角度测量的等；直接用于角度测量的角角编码器、圆光栅、圆磁栅编码器、圆光栅、圆磁栅等。等。 若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，再由它值，再由它推算推算出与之关联的移动部件的直线位移，出与之关联的移动部件的直线位移，则该测量方式为则该测量方式为间接测量间接

20、测量。 1.1.直接测量直接测量 直接测直接测量的误差较量的误差较小。小。 图为利图为利用光栅传感用光栅传感器测量数控器测量数控机床工作台机床工作台位移量的现位移量的现场照片。场照片。 工作台工作台光栅光栅工作台运动方向工作台运动方向2.2.间接测量间接测量 在间接测量在间接测量中，多使用旋转式中，多使用旋转式位置传感器。测量位置传感器。测量到的回转运动参数到的回转运动参数仅仅是中间值，但仅仅是中间值，但可由这中间值再推可由这中间值再推算出与之关联的移算出与之关联的移动部件的直线位移动部件的直线位移间接测量须使用丝间接测量须使用丝杠杠- -螺母、齿轮螺母、齿轮- -齿齿条等传动机构。条等传动机

21、构。 工作台工作台丝杠丝杠编码器编码器进给电机进给电机 x传动机构传动机构 滚珠丝杠螺母滚珠丝杠螺母副、齿轮副、齿轮- -齿条副齿条副等传动机构能够等传动机构能够将旋转运动转换将旋转运动转换成直线运动。但成直线运动。但应设法消除传导应设法消除传导过程产生的间隙过程产生的间隙误差。误差。 齿距齿距齿条齿条齿轮齿轮 x滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母滚珠丝杠螺母副能够将减小传副能够将减小传动磨檫力，延长动磨檫力，延长使用寿命，减小使用寿命，减小间隙误差。间隙误差。 螺母螺母丝杠丝杠x 传动分析传动分析 设：螺距设：螺距t=4mm，丝杠在，丝杠在4s时间里转动了时间里转动了10圈，圈，求：

22、丝杠的平均转速求：丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫及螺母移动了多少毫米？螺母的平均速度米？螺母的平均速度v又为多少？又为多少？ 螺母螺母丝杠丝杠螺距螺距x=？N=10圈圈增量式和增量式和 绝对式测量绝对式测量 在在增量式增量式测量中，测量中，移动部件每移动一个基移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。此信号通常是脉冲形式。这样，这样，一个脉冲一个脉冲所代表所代表的基本长度单位就是的基本长度单位就是分分辨力辨力，对脉冲，对脉冲计数计数，便，便可得到位移量。可得到位移量。绝对式绝对式测量的特点是：

23、测量的特点是： 每一被测点都有一个对应的每一被测点都有一个对应的编码编码，常以，常以二进制数据二进制数据形式形式来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有位置的数据。典型的绝对式位置传感器有绝对式角编码器绝对式角编码器。增量式测量得到的脉冲波形增量式测量得到的脉冲波形数字式角编码器数字式角编码器 信号航空插头信号航空插头其他角编码器外形其他角编码器外形其他角编码器外形（续其他角编码器外形（续） 拉拉线式线式角编角编码器利用线轮，码器利用线轮，能将直线运动转能将直线运动转换成旋转运动。换成旋转运

24、动。其他角编码器外形其他角编码器外形一、绝对式编码器 绝对式码盘与增量绝对式码盘与增量式码盘有何区别？式码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘码道光电绝对式码盘 绝对式编码器按照绝对式编码器按照角度直接进行编码，角度直接进行编码，可直接把被测转角用可直接把被测转角用数字代码表示出来。数字代码表示出来。根据内部结构和检测根据内部结构和检测方式有接触式、光电方式有接触式、光电式等形式。式等形式。 透光区透光区不透光区不透光区零位标志零位标志绝对式接触式编码器绝对式接触式编码器演示演示4 4个电刷个电刷 4 4位二进制位二进制码盘码盘 +5V +5V输入输入 公共码道公共码道 最小分辨角度为最小分辨角

25、度为 =360/2n 2 2绝对式光电编码器绝对式光电编码器 a a）光电码盘的平面结构（）光电码盘的平面结构（8 8码道）码道） b b）光电码盘与光源、光敏元件对应关系（）光电码盘与光源、光敏元件对应关系（4 4码道）码道） 高位高位低位低位绝对式光电编码器的分辨力及分辨率绝对式光电编码器的分辨力及分辨率 绝对式光电编码器的测量精度绝对式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数这与码盘上的码道数n 有关，即最小有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：能分辨的角度及分辨率为： =360/2n分辨率分辨率=1/2n增量式光电编码器的分辨力及

26、分辨率增量式光电编码器的分辨力及分辨率 增量式光电编码器的测量精度取增量式光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盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，即最小有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：能分辨的角度及分辨率为： 360 11-3n1 11-4n分辨率二、增量式编码器转轴转轴盘码及盘码及狭缝狭缝光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC光电编码器的输出波形光电编码器的输出波形 为了判断码盘旋转的方向，在为了判断码盘旋转的方向，在上图的光栏板上的两个狭缝距离是上图的光栏板上的

27、两个狭缝距离是码盘上的两个码盘上的两个狭缝距离的（狭缝距离的（m +1/4）倍，倍，m 为正整数，并设置了两组光为正整数，并设置了两组光敏元件敏元件A、B，有时又称为，有时又称为sin、cos元元件。件。辨向信号和零标志辨向信号和零标志 光电编码器的光栏板上有光电编码器的光栏板上有A组与组与B组两组狭缝，彼此错组两组狭缝，彼此错开开1/4节距，两组狭缝相对应节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号的光敏元件所产生的信号A、 B彼此相差彼此相差90 相位，用于辩向。相位，用于辩向。当编码正转时，当编码正转时，A信号超前信号超前B信号信号90 ；当码盘反转时，；当码盘反转时，B信信号超前号超前A

28、信号信号90 。(请画出反转时信号请画出反转时信号B的波形）的波形） 在上一页图的码盘里圈，还有一根在上一页图的码盘里圈，还有一根狭缝狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信一转信号号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。或零标志脉冲，作为测量的起始基准。三、角编码器的应用三、角编码器的应用 角编码器除了能直接测量角位移或间角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，可用于数字测速、工接测量直线位移外，可用于数字测速、工位编码、位编码、伺服电机控制伺服电机控制等。等。 M法测速（适合于高转速场合）法测速（适合于高转速场合）T 编码器每转产生编码器

29、每转产生 N 个脉冲，在个脉冲，在T 时间段内有时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速个脉冲产生，则转速（r/min)为为 ：n = 60m1/（NT） m1例题例题T 有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 在在5s时间内测得时间内测得65536个脉冲，则个脉冲，则转速（转速（r/min)为为 ： n = 60 65536 /（1024 5） r/min = 768 r/min m1T法测速（适合于低转速场合）法测速（适合于低转速场合）时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 m2 编码器每转产生编码器每转产生 N 个脉冲，用已知个脉冲，用已知频

30、率频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为个相邻脉冲之间的脉冲数为m2 ，则转速，则转速(r/min)为为 n = 60fc / （Nm2 ） T法测速举例法测速举例时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 m2 n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min 有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频，时钟频率率fc为为1MHz ，则转速（，则转速（r/min)

31、为为 ：安装套安装套编码器的安装方式编码器的安装方式 1. 1.编码器编码器的套式安装的套式安装安装轴安装轴2.2.编码器的轴式安装编码器的轴式安装编码器在定位编码器在定位加工中的加工中的应用应用1 1绝对式编码器绝对式编码器 2电动机电动机 3转轴转轴 4转盘转盘 5工件工件 6刀具刀具 设该增量式光电编码器设该增量式光电编码器的参数为的参数为1024 1024 p/rp/r，大、小，大、小皮带轮的传动比为皮带轮的传动比为5 5，若希望，若希望当加工好元件当加工好元件1 1后紧接着加工后紧接着加工元件元件8 8，则电动机转动了多少，则电动机转动了多少分之几圈？应等待编码器分之几圈？应等待编码

32、器给给出多少脉冲数时，出多少脉冲数时，电动机停电动机停转？转？数控数控加工中心加工中心 编码器在数控编码器在数控加工中心的刀库选刀加工中心的刀库选刀控制中控制中的应用的应用旋转刀库旋转刀库被加工工件被加工工件刀具刀具角编码器的输出为角编码器的输出为当前刀具号当前刀具号角编码器与角编码器与 旋转刀库连接旋转刀库连接 用不同的刀具加用不同的刀具加工复杂的工件工复杂的工件编码器在伺服电机中的应用编码器在伺服电机中的应用 利用利用编码器测编码器测量量伺服电机的转速、伺服电机的转速、转角，并通过伺服转角，并通过伺服控制系统控制其各控制系统控制其各种运行参数。种运行参数。转速测量转速测量转子磁极位置测量转

33、子磁极位置测量角位移测量角位移测量光栅传感器光栅传感器 一、光栅的类型和结构一、光栅的类型和结构 计量光栅可分为透射式光栅和反射计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。又可分为长光栅和圆光栅。 尺身尺身尺身安装孔尺身安装孔 反射式扫描头反射式扫描头 （与移动部件固定）（与移动部件固定）扫描头安装孔扫描头安装孔可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅防尘保护罩的内部为长磁栅扫描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部

34、件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构（续）光栅的外形及结构（续）反射式光栅反射式光栅透射式光栅透射式光栅透射式圆光栅透射式圆光栅固定固定莫尔条纹莫尔条纹的光学放大作用的光学放大作用 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角角。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。光栅刻线的错开处，由于相互挡

35、光作用而形成暗带。 光栅的刻线宽度光栅的刻线宽度W莫尔条纹的莫尔条纹的宽度宽度L L LW/ ，（为主为主光栅和光栅和指示光栅刻线的指示光栅刻线的夹角，弧度）夹角，弧度） 莫尔条纹莫尔条纹演示演示莫尔条纹莫尔条纹光学放大作用光学放大作用 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与，主光栅与指示光栅的夹角指示光栅的夹角 =1.8 ，则：，则： 分辨力分辨力 =栅距栅距W =1mm/50=0.02mm=20 m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的莫尔条纹的宽度是栅距的宽度是栅距的32倍：倍： L W/ = 0.0

36、2mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察观察”莫尔条纹莫尔条纹光强的变化。光强的变化。光栅的输出信号（光栅的输出信号（TTLTTL）余弦信号余弦信号（超前）（超前）正弦信号正弦信号零位信号零位信号光栅输出信号（电压正弦波）光栅输出信号（电压正弦波）细分点细分点余弦信号余弦信号正弦信号正弦信号零位信号零位信号脉冲细分脉冲细分 细分技术能在不细分技术能在不增加光栅刻线数及价增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，的分辨力。细分前，光栅的分辨

37、力只有一光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用个栅距的大小。采用4 4细分技术后，计数细分技术后，计数脉冲的频率提高了脉冲的频率提高了4 4倍，相当于原光栅的倍，相当于原光栅的分辨力提高了分辨力提高了3 3倍，倍，测 量 步 距 是 原 来 的测 量 步 距 是 原 来 的1/41/4，较大地提高了，较大地提高了测量精度。测量精度。细分前细分前细分后细分后光栅细分光栅细分举例举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细，细分数为分数为4细分细分，则：，则： 分辨力分辨力 =W /4 =（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用细分技术，采用细分技术，在不增加光栅

38、在不增加光栅刻线数刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。倍。辨向电路及波形辨向电路及波形 如果传感器只安装一套光电元件，如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。同的正弦信号，无法分辨位移的方向。 例：某例：某1024p/r 圆光栅，正转圆光栅，正转10圈，反圈，反转转 4 圈，若不采取辨向措施，则计数器将圈，若不采取辨向措施，则计数器将错误地得到错误地得到14336个脉冲，而正确值为：个脉冲，而正确值为：(

39、104)10246144个脉冲。个脉冲。正向运动正向运动产生产生加法脉冲加法脉冲 正正向运动向运动时，与时，与门门IC2无无“减减”计数脉计数脉冲输出。冲输出。光栅专用数据转接器（光栅计数卡）光栅专用数据转接器（光栅计数卡） 内部包含以下电路：放大、整形、内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。细分、辨向、报警、阻抗变换等。2 2自由度光栅数显表自由度光栅数显表X位移位移显示显示Z（Y）位移）位移显示显示3 3自由度光栅数显表自由度光栅数显表光栅数显表（续）光栅数显表（续）三座标三座标数显表数显表SDS8-3E SDS8-3E 光栅数显箱功能光栅数显箱功能: : 公制公制/

40、英制转换英制转换绝对绝对/相对转换相对转换线性误差补偿线性误差补偿正反方向计算正反方向计算归零归零插值补偿插值补偿到达目标值停机到达目标值停机PCD圆周分孔圆周分孔200组零位记忆组零位记忆电蚀深度目标值显示电蚀深度目标值显示实时工作位置显示实时工作位置显示掉电记忆掉电记忆 光栅数显表（续）光栅数显表（续） 设定按键设定按键安装有直线光栅的数控机床加工实况安装有直线光栅的数控机床加工实况 防护罩内为直线光栅防护罩内为直线光栅光栅扫描头光栅扫描头被加工工件被加工工件切削刀具切削刀具角编码器角编码器安装在夹安装在夹具的端部具的端部磁栅传感器磁栅传感器 磁栅价格低于光栅，且录磁方便、磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可易于安装，测量范围宽可超过十几米超过十几米，抗干扰能力强。磁栅可分为抗干扰能力强。磁栅可分为长磁栅长磁栅和和圆磁栅圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。磁量，圆磁栅主要用于角位