光柵與編碼器介紹

光柵與編碼器介紹

位置檢測(cè)裝置作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，其作用就是檢測(cè)位移量，并發(fā)出反饋信號(hào)與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件使其向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直至偏差等于零為止。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，必須提高檢測(cè)元件和檢測(cè)系統(tǒng)的精度。其中以編碼器，光柵尺，旋轉(zhuǎn)變壓器，測(cè)速發(fā)電機(jī)等比較普遍，下面主要對(duì)光柵和編碼器進(jìn)行說(shuō)明。

光柵,現(xiàn)代光柵測(cè)量技術(shù)

簡(jiǎn)要介紹：

將光源、兩塊長(zhǎng)光柵（動(dòng)尺和定尺）、光電檢測(cè)器件等組合在一起構(gòu)成的光柵傳感器通常稱為光柵尺。光柵尺輸出的是電信號(hào)，動(dòng)尺移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出電信號(hào)便變化一個(gè)周期，它是通過(guò)對(duì)信號(hào)變化周期的測(cè)量來(lái)測(cè)出動(dòng)就與定就職相對(duì)位移。目前使用的光柵尺的輸出信號(hào)一般有兩種形式，一是相位角相差90度的2路方波信號(hào)，二是相位依次相差90度的4路正弦信號(hào)。這些信號(hào)的空間位置周期為W。下面針對(duì)輸出方波信號(hào)的光柵尺進(jìn)行了討論，而對(duì)于輸出正弦波信號(hào)的光柵尺，經(jīng)過(guò)整形可變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)輸出。輸出方波的光柵尺有A相、B相和Z相三個(gè)電信號(hào)，A相信號(hào)為主信號(hào)，B相為副信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)周期相同，均為W，相位差90o。Z信號(hào)可以作為較準(zhǔn)信號(hào)以消除累積誤差。

一、柵式測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)述

　 從上個(gè)世紀(jì)50年代到70年代柵式測(cè)量系統(tǒng)從感應(yīng)同步器發(fā)展到光柵、磁柵、容柵和球柵，這5種測(cè)量系統(tǒng)都是將一個(gè)柵距周期內(nèi)的絕對(duì)式測(cè)量和周期外的增量式測(cè)量結(jié)合了起來(lái)，測(cè)量單位不是像激光一樣的是光波波長(zhǎng)，而是通用的米制（或英制）標(biāo)尺。它們有各自的優(yōu)勢(shì)，相互補(bǔ)充，在競(jìng)爭(zhēng)中都得到了發(fā)展。由于光柵測(cè)量系統(tǒng)的綜合技術(shù)性能優(yōu)于其他4種，而且制造費(fèi)用又比感應(yīng)同步器、磁柵、球柵低，因此光柵發(fā)展得最快，技術(shù)性能最高，市場(chǎng)占有率最高，產(chǎn)業(yè)最大。光柵在柵式測(cè)量系統(tǒng)中的占有率已超過(guò)80%，光柵長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的分辨力已覆蓋微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí)，測(cè)量速度從60m/min，到480m/min。測(cè)量長(zhǎng)度從1m、3m達(dá)到30m和100m。

二、光柵測(cè)量技術(shù)發(fā)展的回顧

　 計(jì)量光柵技術(shù)的基礎(chǔ)是莫爾條紋（Moire fringes），1874年由英國(guó)物理學(xué)家L.Rayleigh首先提出這種圖案的工程價(jià)值，直到20世紀(jì)50年代人們才開(kāi)始利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行精密測(cè)量。1950年德國(guó)Heidenhain首創(chuàng)DIADUR復(fù)制工藝，也就是在玻璃基板上蒸發(fā)鍍鉻的光刻復(fù)制工藝，這才能制造高精度、價(jià)廉的光柵刻度尺，光柵計(jì)量?jī)x器才能為用戶所接受，進(jìn)入商品市場(chǎng)。1953年英國(guó)Ferranti公司提出了一個(gè)4相信號(hào)系統(tǒng)，可以在一個(gè)莫爾條紋周期實(shí)現(xiàn)4倍頻細(xì)分，并能鑒別移動(dòng)方向，這就是4倍頻鑒相技術(shù)，是光柵測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并一直廣泛應(yīng)用至今。

　　 德國(guó)Heidenhain公司1961年開(kāi)始開(kāi)發(fā)光柵尺和圓柵編碼器，并制造出柵距為4μm（250線/mm）的光柵尺和10000線/轉(zhuǎn)的圓光柵測(cè)量系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)1微米和1角秒的測(cè)量分辨力。1966年制造出了柵距為20μm（50線/mm）的封閉式直線光柵編碼器。在80年代又推出AURODUR工藝，是在鋼基材料上制作高反射率的金屬線紋反射光柵。并在光柵一個(gè)參考標(biāo)記（零位）的基礎(chǔ)上增加了距離編碼。在1987年又提出一種新的干涉原理，采用衍射光柵實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的測(cè)量，并允許較寬松的安裝。1997年推出用于絕對(duì)編碼器的EnDat雙向串行快速連續(xù)接口，使絕對(duì)編碼器和增量編碼器一樣很方便的應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)。現(xiàn)在光柵測(cè)量系統(tǒng)已十分完善，應(yīng)用的領(lǐng)域很廣泛，全世界光柵直線傳感器的年產(chǎn)量在60萬(wàn)件左右，其中封閉式光柵尺約占85%，開(kāi)啟式光柵尺約占15%。

三、當(dāng)今采用的光電掃描原理及其產(chǎn)品系列

　　 光柵根據(jù)形成莫爾條紋的原理不同分為幾何光柵（幅值光柵）和衍射光柵（相位光柵），又可根據(jù)光路的不同分為透射光柵和反射光柵。光米級(jí)和亞微米級(jí)的光柵測(cè)量是采用幾何光柵，光柵柵距為100μm至20μm遠(yuǎn)于光源光波波長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象可以忽略，當(dāng)兩塊光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生低頻拍現(xiàn)象形成莫爾條紋，其測(cè)量原理稱影像原理。納米級(jí)的光柵測(cè)量是采用衍射光柵，光柵柵距是8μm或4μm，柵線的寬度與光的波長(zhǎng)很接近，則產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象形成莫爾條紋，其測(cè)量原理稱干涉原理?，F(xiàn)以Heidenhain產(chǎn)品采用的3種測(cè)量原理介紹如下。

1.具有四場(chǎng)掃描的影像測(cè)量原理（透射法）

　 采用垂直入射光學(xué)系統(tǒng)均為4相信號(hào)系統(tǒng)，是將指示光柵（掃描掩膜）開(kāi)四個(gè)窗口分為4相，每相柵線依次錯(cuò)位四分之一柵距，在接收的4個(gè)光電元件上可得到理想的4相信號(hào)，這稱為具有四場(chǎng)掃描的影像測(cè)量原理。Heidenhain的LS系列產(chǎn)品均采用此原理，其柵距為20μm，測(cè)量步距為0.5μm，準(zhǔn)確度為±10、±5、±3μm三種，最大測(cè)量長(zhǎng)度3m，載體為玻璃。

2.有準(zhǔn)單場(chǎng)掃描的影像測(cè)量原理（反射法）

　 反射標(biāo)尺光柵是采用40μm柵距的鋼帶，指示光柵（掃描掩膜）用二個(gè)相互交錯(cuò)并有不同衍射性能的相位光柵組成，這樣一來(lái)，一個(gè)掃描場(chǎng)就可以產(chǎn)生相移為四分之一柵距的四個(gè)圖象，稱此原理為準(zhǔn)單場(chǎng)掃描的影象測(cè)量原理。由于只用一個(gè)掃描場(chǎng)，標(biāo)尺光柵局部的污染使光場(chǎng)強(qiáng)度的變化是均勻的，并對(duì)四個(gè)光電接收元件的影響是相同的，因此不會(huì)影響光柵信號(hào)的質(zhì)量。與此同時(shí)，指示光柵和標(biāo)尺光柵的間隙和間隙公差能大一些。Heidenhain LB和LIDA系列的金屬反射光柵就是采用這一原理。LIDA系列開(kāi)式光柵其柵距為40μm和20μm，測(cè)量步距0.1μm，準(zhǔn)確度有±5μm、±3μm，測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)30m，最大速度480m/min。LB系列閉式光柵柵距都是40μm，最大速度可達(dá)120m/min。

3.單場(chǎng)掃描的干涉測(cè)量原理

　 對(duì)于柵距很小的光柵，指示光柵是一個(gè)透明的相位光柵，標(biāo)尺光柵是自身反射的相位光柵，光束是通過(guò)雙光柵的衍射，在每一級(jí)的諸光束相互干涉，就形成了莫爾條紋，其中+1和-1級(jí)組干涉條紋是基波條紋，基波條紋變化的周期與光柵的柵距是同步對(duì)應(yīng)的。光調(diào)制產(chǎn)生3個(gè)相位相差120°的測(cè)量信號(hào)，由3個(gè)光電元件接收，隨后又轉(zhuǎn)換成通用的相位差90°的正弦信號(hào). Heidenhain LF、LIP、LIF系列光柵尺是按干涉原理工作，其光柵尺的載體有鋼板、鋼帶、玻璃和玻璃陶瓷，這些系列產(chǎn)品都是亞微米和納米級(jí)的，其中最小分辨力達(dá)到1納米。

　 在80年代后期柵距為10μm的透射光柵LID351（分辨力為0.05μm）其間隙要求就比較嚴(yán)格為（0.1±0.015）mm。由于采用了新的干涉測(cè)量原理對(duì)納米級(jí)的衍射光柵安裝公差就放得比較寬，例如指示光柵和標(biāo)尺光柵之間的間隙和平行度都很寬（表1所示）。只有衍射光柵LIP372的柵距是0.512μm，經(jīng)光學(xué)倍頻后信號(hào)周期為0.128μm，其他柵距均為8μm和4μm，經(jīng)光學(xué)二倍頻后得到的信號(hào)周期為4μm和2μm，其分辨力為5nm和50nm，系統(tǒng)準(zhǔn)確度為±0.5μm和±1μm，速度為30m/min。LIF系列柵距是8μm，分辨力0.1μm，準(zhǔn)確度±1μm，速度為72m/min。其載體為溫度系數(shù)近于0的玻璃陶瓷或溫度系數(shù)為8ppm/K的玻璃。衍射光柵LF系列是閉式光柵尺，其柵距為8μm，信號(hào)周期為4μm，測(cè)量分辨力0.1μm，系統(tǒng)準(zhǔn)確度±3μm和±2μm，最大速度60m/min，測(cè)量長(zhǎng)度達(dá)到3m，載體采用鋼尺和鋼膨脹系數(shù)（10ppm/K）一樣的玻璃。

四、光柵測(cè)量系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

　　 1.測(cè)量準(zhǔn)確度（精度）

　　 光柵線位移傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，首先取決于標(biāo)尺光柵刻線劃分度的質(zhì)量和指示光柵掃描的質(zhì)量（柵線邊沿清晰至關(guān)重要），其次才是信號(hào)處理電路的質(zhì)量和指示光柵沿標(biāo)尺光柵導(dǎo)向的誤差。影響光柵尺測(cè)量準(zhǔn)確度的是在光柵整個(gè)測(cè)量長(zhǎng)度上的位置偏差和光柵一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的位置偏差。

　　 光柵尺的準(zhǔn)確度（精度）用準(zhǔn)確度等級(jí)表示，Heidenhain定義為：在任意1m測(cè)量長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)建立在平均值基礎(chǔ)上的位置偏差的最大值Fmax均落在±α（μm）之內(nèi)，則±α為準(zhǔn)確度等級(jí)。Heidenhain準(zhǔn)確度等級(jí)劃分為：±0.1、±0.2、±0.5、±1、±2、±3、±5、±10和±15μm。由此可見(jiàn)Heidenhain光柵尺的準(zhǔn)確度等級(jí)和測(cè)量長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，這是很高的一個(gè)要求，現(xiàn)在還沒(méi)有見(jiàn)到其他生產(chǎn)廠家能夠達(dá)到這一水平。

　　 現(xiàn)在Heidenhain玻璃透射光柵和金屬反射光柵的柵距只采用20μm和40μm，對(duì)衍射光柵柵距采用4μm和8μm，（1nm光柵除外）光學(xué)二倍頻后信號(hào)周期為2μm和4μm。Heidenhain要求開(kāi)式光柵一個(gè)信號(hào)周期的位置偏差僅為±1%，閉式光柵僅為±2%，光柵信號(hào)周期及位置偏差見(jiàn)表1。

  表2 光柵信號(hào)周期及位置偏差

  光柵類別－信號(hào)周期(μm)－一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的位置偏差(μm)

  幾何光柵－20和40－開(kāi)啟式光柵尺±1%，即±0.2～±0.4；封閉式光柵尺±2%，即±0.4～±0.8

  衍射光柵－2和4－開(kāi)啟式光柵尺±1%，即±0.02～±0.04；封閉式光柵尺±2%，即±0.02～±0.08

　　 2.信號(hào)的處理及柵距的細(xì)分

　　 光柵的測(cè)量是將一個(gè)周期內(nèi)的絕對(duì)式測(cè)量和周期外的增量式測(cè)量結(jié)合在一起，也就是說(shuō)在柵距的一個(gè)周期內(nèi)將柵距細(xì)分后進(jìn)行絕對(duì)的測(cè)量，超過(guò)周期的量程則用連續(xù)的增量式測(cè)量。為了保證測(cè)量的精度，除了對(duì)光柵的刻劃質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)精度有要求外，還必須對(duì)光柵的莫爾條紋信號(hào)的質(zhì)量有要求，因?yàn)檫@影響電子細(xì)分的精度，也就是影響光柵測(cè)量信號(hào)的細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）和測(cè)量分辨力（測(cè)量步距）。柵距的細(xì)分?jǐn)?shù)和準(zhǔn)確性也影響光柵測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和測(cè)量步距。對(duì)莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量的要求主要是信號(hào)的正弦性和正交性要好；信號(hào)直流電平漂移要小。對(duì)讀數(shù)頭中的光電轉(zhuǎn)換電路和后續(xù)的數(shù)字化插補(bǔ)電路要求頻率特性好，才能保證測(cè)量速度大。

　　 Heidenhain有專門(mén)為光柵傳感器和CNC相聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)了光柵倍頻器，也就是將光柵傳感器輸出的正弦信號(hào)（一個(gè)周期是一個(gè)柵距）進(jìn)行插補(bǔ)和數(shù)字化處理后給出相位相差90°的方波，其細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）有5、10、25、50、100、200和400，再考慮到數(shù)控系統(tǒng)的4倍頻后對(duì)柵距的細(xì)分?jǐn)?shù)有20、40、100、200、400、800和1600，能實(shí)現(xiàn)測(cè)量步距從1nm到5μm，倍頻數(shù)選擇取決于光柵信號(hào)一個(gè)柵距周期的質(zhì)量。隨著倍頻數(shù)的增加光柵傳感器的輸出頻率要下降，倍頻器的倍頻細(xì)分?jǐn)?shù)和輸入頻率的關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 倍頻器的倍頻細(xì)分和輸入頻率

倍頻細(xì)分?jǐn)?shù)：0－2－10－25－50－100－200－400

輸入頻率（KHz）：600－500－200－100－50－25－12.5－6.25

　　 選擇不同的倍頻數(shù)可以得到不同的測(cè)量步距。在Heidenhain的數(shù)顯表中可以設(shè)置15種之多的倍頻數(shù)，最高頻數(shù)可達(dá)1024，即1、2、4、5、10、20、40、50、64、80、100、128、200、400、1024。在微機(jī)上用的數(shù)量卡最大倍頻數(shù)可到4096。

　　 3.光柵的參考標(biāo)記和絕對(duì)座標(biāo)

　　 （1）光柵絕對(duì)位置的確立

　　 光柵是增量測(cè)量，光柵尺的絕對(duì)位置是利用參考標(biāo)記（零位）確定。參考標(biāo)記信號(hào)的寬度和光柵一個(gè)柵距的信號(hào)周期一致，經(jīng)后續(xù)電路處理后參考信號(hào)的脈沖寬度和系統(tǒng)一個(gè)測(cè)量步距一致。為了縮短回零位的距離，Heidenhain設(shè)計(jì)了在測(cè)量全長(zhǎng)內(nèi)按距離編碼的參考標(biāo)記，每當(dāng)經(jīng)過(guò)兩個(gè)參考標(biāo)記后就可以確定光柵尺的絕對(duì)位置，例如柵距為4μm和20μm的光柵尺掃描單元相對(duì)于標(biāo)尺移動(dòng)20mm后就可確定絕對(duì)位置，柵距為40μm的光柵尺要移動(dòng)80mm才能確定絕對(duì)位置。

　　 （2）絕對(duì)坐標(biāo)傳感器

　　 為了在任何時(shí)刻測(cè)量到絕對(duì)位置，Heidenhain設(shè)計(jì)制造了LC系列絕對(duì)光柵尺，它是用七個(gè)增量碼道得到絕對(duì)位置，每個(gè)碼道是不同的，刻線最細(xì)碼道的柵距有兩種，一種是16μm，另一種是20μm，其分辨力都可為0.1μm，準(zhǔn)確度±3μm。測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)3m，最大速度120m/min。它所采用的是光電掃描原理和常用的透射光柵一樣，是具有四場(chǎng)掃描的影像測(cè)量原理。

　　 4.光柵的載體和熱性能

　　 光柵尺是在20°±0.1℃環(huán)境中制造，光柵的熱性能直接影響到測(cè)量精度，在使用上光柵尺的熱性能最好和測(cè)量的對(duì)象的熱性能一致?？紤]到不同的使用環(huán)境，Heidenhain光柵尺刻度的載體具有不同的熱膨脹系數(shù)?，F(xiàn)用的材料有玻璃、鋼和零膨脹的玻璃陶瓷。普通玻璃的膨脹系數(shù)為8ppm/K，鋼為10ppm/K，現(xiàn)在Heidenhain已采用了和鋼一樣膨脹系數(shù)的玻璃。這些材料對(duì)振動(dòng)、沖擊不敏感，具有確定的熱特性，并對(duì)氣壓和濕度的變化也不會(huì)有影響。對(duì)測(cè)量長(zhǎng)度在3m以下的光柵尺載體材料都是用玻璃、玻璃陶瓷和鋼，超過(guò)3m以上則用鋼帶。通過(guò)對(duì)標(biāo)尺載體所用材料和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的選擇，使光柵尺與被測(cè)對(duì)象的熱性能有最佳的匹配。

5．信號(hào)處理

此外在信號(hào)處理、測(cè)量電路中，用到了觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器等多種數(shù)字集成電路，測(cè)量分辨率為光柵柵距W。目前，計(jì)量用光柵尺的刻線一般為每毫米50~250線，對(duì)應(yīng)的柵距W為20~4μm ，在精密測(cè)量中往往不能滿足要求，需要進(jìn)行曲細(xì)分。如果同時(shí)考慮A、90度信號(hào)上升沿和下降沿的各種情況，就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)四細(xì)分，其主要電路有：細(xì)分辨向、計(jì)數(shù)和接口電路等，以上功能可以由通用數(shù)字集成電路來(lái)完成。

6．西門(mén)子參數(shù)設(shè)置

30200是編碼器的數(shù)量；31000=1表示是光柵尺。

30240{0}=1  30240{1}=0

注意：電機(jī)編碼器不能屏蔽，否則沒(méi)法動(dòng)了。

如果想讓電機(jī)編碼器做位置反饋，直接置位DB3*.DBX1.5就行，因?yàn)楣鈻懦咭话愣甲鳛榈诙答仯从肈B3*.DBX1.6激活。但如果DBX1.5和DBX1.6同時(shí)生效，第一測(cè)量系統(tǒng)起作用。

但是上面做法的前提是PLC程序中沒(méi)有處理DBX1.5,否則你無(wú)法置位。

脈沖編碼器介紹

我們目前生產(chǎn)和使用的數(shù)控機(jī)床大多采用的是半閉環(huán)控制方式，大多數(shù)的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家均將位置編碼器內(nèi)置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部，間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移。

1、  脈沖編碼器概念

脈沖編碼器是一種光學(xué)式位置檢測(cè)元件，編碼盤(pán)直接裝在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，以測(cè)出軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化，其輸出信號(hào)為電脈沖。

這種檢測(cè)方式的特點(diǎn)是：非接觸式的，無(wú)摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩小，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是抗污染能力差，容易損壞。按其編碼化方式，可分為增量式和絕對(duì)值式。

1）增量式編碼器

增量式編碼器工作原理

增量式編碼器工作原理，E為等節(jié)距的輻射狀透光窄縫圓盤(pán)，"Q1、"Q2

為光源，Da、Db、Dc為光電元件（光敏二極管或光電池），Da與Db錯(cuò)開(kāi)90度相位角安裝。當(dāng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一個(gè)節(jié)距時(shí)，在光源照射下，光電元件Da，Db上得到圖b( 所示的光電波形輸出，A，B信號(hào)為具有90度相位差的正弦波，這組信號(hào)經(jīng)放大器放大與整形，得到圖c) 的輸出方波，A相比B相導(dǎo)前90度，其電壓幅值為5V。設(shè)A相導(dǎo)前B相時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則B相導(dǎo)前A相時(shí)即為負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用A相與B相的相位關(guān)系可以判別編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，C相產(chǎn)生的脈沖為基準(zhǔn)脈沖，又稱零點(diǎn)脈沖，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個(gè)脈沖，在數(shù)控車床上切削螺紋時(shí)，可將它作為車刀進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)的信號(hào)使用，以保證切削的螺紋不會(huì)亂扣。在加工中心上可作為主軸準(zhǔn)停信號(hào)，以保證主軸和刀庫(kù)間的可*換刀。AB相脈沖信號(hào)經(jīng)頻率———電壓變換后，得到與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速成比例的電壓信號(hào)，便可測(cè)得速度值及位移量。

2）絕對(duì)值式編碼器

絕對(duì)值式編碼器是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的圖案來(lái)表示數(shù)值的。下圖所示的為葛萊編碼盤(pán)，圖中空白的部分透光，用“0”表示；涂黑的部分不透光，用“1”表示。此碼盤(pán)共有四環(huán)，由里向外每一環(huán)配置的光電變換器對(duì)應(yīng)2的3次方，2的2次方，2的1次方，2的0次方。圖中的碼盤(pán)共分為16份，要提高檢測(cè)精度，可多分。

葛萊編碼盤(pán)

3）增量式編碼器和絕對(duì)值式編碼器比較

在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)增量式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；但其移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)讀出的，基點(diǎn)特別重要，每次開(kāi)機(jī)或因故停機(jī)后，都要重回參考點(diǎn)；并且排除故障后不能再找到事故前的正確位置，而且由于干擾易產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差。這種增量式編碼器多用于精度要求不是很高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。而絕對(duì)值式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；但其坐標(biāo)值直接從碼盤(pán)中讀出，不會(huì)有累積誤差；編碼器本身具有機(jī)械式存儲(chǔ)功能（需要外加電池），即使因停電或其它原因造成坐標(biāo)值清除，通電后，仍可找到原絕對(duì)坐標(biāo)位置。這種編碼器多用于精度和速度要求較高的數(shù)控機(jī)床，特別是控制軸數(shù)多達(dá)四、五個(gè)的加工中心機(jī)床上。

2、全閉環(huán)位置檢測(cè)裝置

還有一種全閉環(huán)控制方式，可獲得比半閉環(huán)更高的位移精度。這種進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在進(jìn)給系統(tǒng)末端的執(zhí)行部件上，實(shí)測(cè)它的位置或位移量，而安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部的編碼器則作為測(cè)速元件，構(gòu)成速度環(huán)。位置檢測(cè)裝置多選用光柵尺，位置信號(hào)的檢出是由光柵讀數(shù)頭完成，標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵）和指示光柵（短光柵）分別安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件及固定部件上，兩者相互平行，它們之間保持0.05或0.1的間隙。當(dāng)標(biāo)尺光柵沿指示光柵連續(xù)移動(dòng)時(shí)，光電元件所感應(yīng)的光電流變化規(guī)律近似正弦波形，將此正弦信號(hào)經(jīng)放大、整形、微分線路處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)。標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)柵距產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，用計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)算脈沖數(shù)，則可測(cè)得機(jī)床工作臺(tái)的位移量。采用倍頻的方法可提高光柵的分辨精度。光柵尺的特點(diǎn)是測(cè)量精度高，而且精度可以長(zhǎng)期保持；但對(duì)工作環(huán)境的要求較高，并且測(cè)量裝置要和工作臺(tái)等長(zhǎng)，不便于在大型數(shù)控機(jī)床上使用。光柵尺多用于高精度的中、小型數(shù)控機(jī)床上。因全閉環(huán)控制系統(tǒng)將機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含在系統(tǒng)之內(nèi)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有頻率、阻尼、間隙等將成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，所以全閉環(huán)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及調(diào)試上較困難，不及半閉環(huán)應(yīng)用的廣泛，這里不再細(xì)說(shuō)了。

附：伺服電機(jī)和主軸電機(jī)的區(qū)別

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不一樣,主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子與鼠籠電機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣,由于沒(méi)有磁極,因而不需要相應(yīng)的檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào),1PH7主軸電機(jī)的編碼器型號(hào)為ERN1381,1FT6/1FK6電機(jī)的編碼器型號(hào)為ERN1387,其主要區(qū)別就是ERN1381沒(méi)有附加的C相和D相信號(hào),故更換編碼器不需要重新調(diào)整,ERN1387可以用在1PH電機(jī)上,但反過(guò)來(lái)ERN1381不能用在進(jìn)給電機(jī)上.

主軸電機(jī)一般功率很大,因而電機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)散熱要求更高.

工作范圍不一樣,伺服電機(jī)工作在最低轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速之間的恒轉(zhuǎn)矩區(qū),而主軸電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之間的恒功率區(qū),由于要達(dá)到很大的調(diào)速范圍,主軸電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般都很低

ERN1387編碼器更換方法

1. 卸開(kāi)電機(jī)后蓋,編碼器的后蓋

2. 松開(kāi)編碼器安裝螺絲

3. 旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸,使編碼器轉(zhuǎn)子上的標(biāo)志和編碼器殼上的標(biāo)志重合

4. 卸下編碼器 , 注意在裝卸的時(shí)候盡量使用特制螺絲頂出來(lái),免得損壞編碼器

5. 旋轉(zhuǎn)新的編碼器,使編碼器的兩個(gè)標(biāo)志重合

6. 按以上相反的順序安裝編碼器

注意:在安裝編碼器的過(guò)程中,要保證電機(jī)的轉(zhuǎn)子不同,否則會(huì)失去轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置,如果失去了相對(duì)位置 , 老電機(jī)則需要用示波器來(lái)調(diào)整編碼器的安裝位置, 新電機(jī)則可以依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的標(biāo)志來(lái)判斷調(diào)整編碼器的安裝位置時(shí),即可以機(jī)械調(diào)整,也可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)參數(shù)MD1016來(lái)設(shè)置一個(gè)偏置值,但該方法僅能用在840D上 , 通過(guò)這個(gè)方法調(diào)整的電機(jī)換到別的機(jī)床上使用可能會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)參數(shù)的不同而不能正常使用.