数显表原理与应用课件

机床数控改造的方法？**数显表原理与应用一、数显表概念二、数显表在机床改造中的应用三、NEWALL数显与球删尺介绍四、GS9000数显表介绍四川工程职业技术学院一、数显表概念数显表是一种用于显示的电子仪表，目前在各行各业均有应用，因为其显示数据精确而且一目了然，所以在很多场合下已经代替了

指针式仪表。从我们

家中的电子钟表到工

厂用的显示数据牌，

无论是对时间的把握

还是对产量的控制都

提供了精准的数字显

示，用数字量替换了

模拟量。广义和狭义之分***二、数显表在机床改造中的应用数显表的选用原则机床类型与控制轴数检测元件类型控制精度可靠性价格数显表安装方式：***四川工程职业技术学院如何安装球栅尺球栅尺的安装是十分简单的，一般是将球栅尺两端用专用支架固定在机床上。读数头固定在机床的走刀架上，与球栅尺做相对运动。有时小机床把读数头固定、球栅尺做运动。3米以上的球栅尺（含3米），要在尺的中间加装弹性支架。一般1.5米距离装一个弹性支架。8米以下的（含8米）球栅尺不用接，8米以上的尺需要接长。如10米的球栅尺要取两根4.9米的钢管、各在一端内径车扣。再取0.2米的钢管一根,两端都在外径上车扣。然后它们都装上等量的钢球拧上即可。安装数显表时要注意尽可能远离机床的电动机。以避免产生不必要干扰信号。*NEWALL数显表型号A50B60C80E70E90SA100TOPAZ-DDP-900**Newall球栅尺优势

◆防护等级IP67 (6灰尘难以进入，完全防尘。7浸在深度不超过1 米的水下可防止水进入。)

◆防尘、防油、防铁屑，能在恶劣环境下工作

◆无机械磨损

◆无需日常清理与维护

◆抗冲击、耐震动

◆可靠性高*信号漂移也是让直流传感器头疼的一个问题，尤其是对于光栅来说，LED光源和太阳电池会不断老化，更容易引起输出信号的漂移。像Newall球栅这样的传感器，采用电磁感应的测量方式，是基于系统某些稳定的物理特性，如：线圈圈数比、磁导率等，这些是不会随时间而改变特性的。低频干扰，尤其是低频电源的干扰，会作用于直流信号，除非延长系统响应时间，否则很难被排除。交流传感器，是在某一精确稳定的频率下工作，故可以采用高频和低频滤波器消除干扰，且不影响系统响应速度。Newall球栅曾因其原始球栅距大于光栅距而遭人置疑。但事实上，对于交流信号而言，通过电细分插补实现高分辨率，比直流信号更容易实现。就像旋转编码器能够实现同光电编码器一样的精度和分辨率，Newall球栅也可以达到与直线光栅和磁栅一样的高性能。*球栅尺与微栅尺性能比较*技术参数球栅尺SPHEROSYN微栅尺MICROSYN测量分辨率0.005mm/0.001mm0.001mm/0.0005mm测量准确度±(0.01+0.005/m)mm±0.005mm最大运行速度2m/sec0.75m/sec有效行程50～11684mm(>30m)50～1050mm信号输出Sin/Cos或RS422-TTLSin/Cos或RS422-TTL读数头尺寸54mm×131mm×28mm35mm×75mm×25mm防护等级IP67(IEC529)IP67(IEC529)抗冲击100g(IEC69-2-6)100g(IEC69-2-6)耐振动30g(IEC-2-27)30g(IEC-2-27)热膨胀系数12×10-6/°K12×10-6/°K球栅尺原理球栅采用电磁感应技术，含读数头和尺身两部分。尺身是一根不锈钢管，内装精密的镍镉合金球构成。生产调试时，会对合金球加载一定的预紧力，使其紧密排列。读数头内封装有线圈组及电路，测量时，读数头沿尺身滑动。*如图，一个球栅距内，不同位置的线圈，采集到的ABCD四向感应信号幅值的变化。同组的四个线圈，位置需满足一定要求，例如，当一个感应信号（如A）在波峰位置时，对应的另一个感应信号（如C）应在波谷位置。这对信号经过差分混合产生如图2b所示的信号（如A-C），这一中间信号与原始感应信号有一定相位差。如A-C信号相位超强45度，而D-B信号的相位则滞后45度。中间信号再进行滤波整合，才得到最终输出信号。读数头沿着尺身滑动时，输出信号的相位将随其在0度至360度之间变化。*输出信号基波频率为10KHz，峰峰值约为5伏，直流输出电位约为5伏。在一个球栅距（如每12.7毫米）内，测量出的位置值都是绝对值。如图就说明了：90度相位差对应的是3.175mm的位移。*光栅尺原理与应用光栅分为物理光栅和计量光栅两大类。检测直线位移的称为直线光栅，检测角度位移的称为圆光栅；根据光电元件感光方式不同，可将光栅分为玻璃透射式光栅和金属反射式光栅。玻璃透射式光栅是在透明的光学玻璃表面制成感光涂层或金属镀膜，经过涂敷，蚀刻等工艺制成间隔相等的透明与不透明线纹，线纹的间距和宽度相等并与运动方向垂直，线纹之间的间距称为栅距。常用的线纹密度为25条/㎜、50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜。条数越多，光栅的分辨率越高。圆光栅是在玻璃圆盘的圆环端面上，制成透光与不透光相间的条纹，条纹呈辐射状，相互间的夹角相等。直线透射式光栅1.组成由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，光栅读数头包括光源、透镜、光电元件、指示光栅等。如图9-14所示。标尺光栅和指示光栅也可称为长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。长光栅可安装在机床的固定部件上（如机床床身），其长度应等于工作台的全行程；短光栅长度较短，随光栅读数头安装在机床的移动部件上。莫尔条纹形成原理两条暗带或明带之间的距离称为莫尔条纹的间距B，若光栅的栅距为W，则

因为θ很小，则

由此可见，莫尔条纹的间距与光栅的栅距成正比。

莫尔条纹具有如下特点：

由上式可知，莫尔条纹的间距B是光栅栅距W的1/θ，由于θ很小（小于10′），故B＞＞W，即莫尔条纹具有放大作用。例如，当栅距为W=0.01㎜，θ=0.001rad时，莫尔条纹的间距B=10㎜。因此，不需要经过复杂的光学系统，就能把光栅的栅距转换成放大了1000倍的莫尔条纹的宽度，从而大大简化了电子放大线路，这是光栅技术独有的特点。（2）起均化误差作用莫尔条纹由若干线纹组成，若光电元件接受长度为10㎜，当W=0.01㎜时，10㎜宽的莫尔条纹就由1000条线纹组成，因此，制造上的间距误差（或缺陷），只会影响千分之几的光电效果。所以，莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一条线纹，而是一组线纹的平均效应。（3）莫尔条纹的变化规律长短两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距B，即光栅某一固定点的光强按明→暗→明规律交替变化一次。光电元件只要读出移动的莫尔条纹条纹数，就知道光栅移动了多少栅距，从而也就知道了运动部件的准确位移量。3.光栅的辨向与信号处理在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正（余）弦函数变化，反映莫尔条纹的移动的光信号由光电元件接收转换成近似正（余）弦函数的电压信号，然后经信号处理装置整形、放大及微分处理后，即可输出与检测位移成比例的脉冲信号。为了既能计数，又能判别工作台移动的方向，如图所示的光栅用了4个光电元件。每个光电元件相距四分之一栅距（W/4）。当指示光栅相对标尺光栅移动时，莫尔条纹通过各个光电元件的时间不一样，光电元件的电信号虽然波形一样，但相位相差1/4周期。根据各光电元件输出信号的相位关系，就可确定指示光栅移动的方向。光栅的特点1.有很高的检测精度。现在光栅的精度可达微米级，再经细分电路可以达到0.1微米。2.响应速度较快，可实现动态测量，易于实现检测及数据处理的自动化控制。3.对使用环境要求高，怕油污、灰尘及振动。4.由于标尺光栅一般较长，故安装、维护困难，成本高。球栅尺与光栅尺各自优势与特点（1）光栅尺与球栅尺有什么区别？光栅尺是上世纪70年代的日本产品，它是利用光栅的莫尔条纹和光电转换技术，在3mm的附法玻璃上镀铬刻1μ为一道的透明长度尺，然后把它粘在铝尺上。靠光折射或透射反馈到感应器中进行计量。而铝和玻璃的膨胀系数不一样，冷热温差大时极易折断。光栅尺的传感器与尺的连接是敞开式的，极易进水、油、灰尘等。一旦进去这些油、水、灰尘等光栅尺就基本报废了。整体尺只能为3米，接长较难、精度难保证。所以光栅尺对环境要求相对较高，安装较复杂、使用寿命短，而且必须要由专业人员安装才行。球栅尺是国际九十年代产品，原产地为英国。它是利用导磁介质量的变化实现电磁/磁电转换。球栅尺的尺身是由高等级的进口无缝钢管和若干个精密钢球密闭组合而成。它由感应器产生的电磁切割钢管中的精密球，把它分割成2450份而每份为5μ。由于球栅尺是密闭结构，所以它最大优点是不怕油、水、灰尘，整体尺可做到8米、拼接可做30米。而且使用寿命长、安装简单、环境要求低。*（2）光栅尺的分辨率同球栅尺的分辨率为什么不同？一般光栅分辩率是1μ，球栅的分辩率是5μ。但分辩率不等同于精确度，光栅只是1μ一显示、而球栅有1μ一显示的、也有5μ一显示的，它们都采用以mm单位的十进制。由于光栅是累计误差，而球栅是周期性误差。所以短的光栅尺精度较高，长的球栅尺精度要高于光栅尺的精度。（3）安装光栅尺或球栅尺