数控技术及应用课件：数控机床检测装置 -.ppt

* 图6.16 海德汉光栅尺 6.4 光 栅 * 6.4.2 光栅的测量原理 光栅是根据莫尔条纹的形成原理进行测量工作的。光栅实际上是一根刻线很密很精确的“尺”。如果用它测量位移，只要数出测试对象上某个确定点相对于光栅移过的线纹数即可。但是，由于光栅线纹过密，直接对线纹计数很困难，因而利用光栅的莫尔条纹现象进行计数。 6.4 光 栅 * 图6.17 莫尔条纹的形成 6.4 光 栅 * 莫尔条纹具有以下特征： 1.放大作用 在两光栅线纹夹角很小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距、栅线角θ（rad）之间有下列关系，即 由于θ很小， ，则 若 =0.01mm， θ=0.01rad，则上式可得W=1mm，即把光栅栅距转换成放大100倍的莫尔条纹宽度。由此可见，莫尔条纹具有放大作用。 6.4 光 栅 * 2.莫尔条纹的变化规律 当标尺光栅移动一个栅距时，莫尔条纹也相应地移过一个条纹间距。由于光的衍射和干涉作用，其光强的变化规律近似正弦函数，若光栅向相反方向移动时，莫尔条纹也向相反方向移动。莫尔条纹的移动方向与光栅的移动方向垂直，这样，测量光栅水平移动的微小距离就用检测垂直方向的宽大的莫尔条纹的变化代替。 6.4 光 栅 * 3.均化误差作用 莫尔条纹是由若干光栅线纹共用形成，例如每毫米100条线纹的光栅，10mm宽的一条莫尔条纹就由1000条线纹组成，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了，消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。 6.4 光 栅 * 6.4.3 光栅测量装置的信号处理 光栅测量装置的信号处理电路包括差动放大器、整形器、鉴相倍频和门电路。由4个光电元件获得的4路光电信号分别送到2只差动放大器输入端，从差动放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。 6.4 光 栅 * 图6.18 光栅测量系统信号处理电路框图 6.4 光 栅 * 高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，目前光栅检测装置多采用电子细分方法。 （a）在一个莫尔条纹宽度上 并列安放4个光电元件 （b）波形图 6.4 光 栅 * 光栅尺 光栅尺 6.4 光 栅 * 6.5 磁 栅 ★ 本节提示 磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测装置，按其结构可分为直线式和角位移式，分别用于长度和角度的检测。磁栅加工工艺简单，需要时还可以将原来的磁化信号抹去，重新录制。目前可以做到系统精度±0.01mm，分辨率5um。磁栅对使用环境的条件要求较低，在油污、灰尘较多的工作环境使用时，仍具有较高的稳定性。 * 6.5.1 磁栅尺的结构 磁栅尺用于测量直线位移，由磁性标尺、磁头和检测电路组成。 图6.22 磁栅检测装置的构成 6.5 磁 栅 * 1.磁栅标尺 是在非导磁材料上涂一层1～2 μm的磁性材料，形成一层均匀的磁性薄膜，然后采用录磁的方法在磁性薄膜上录制的具有一定波长的磁信号。信号可为正弦波或方波，波长一般为0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 1mm等。 6.5 磁 栅 * 2.磁头 是进行磁—电转换的变换器，它把反映空间位置的磁信号转换为电信号输送到检测电路中去。 磁头有两种，动态磁头和静态磁头。动态磁头又称速度响应式磁头，只有在磁头与磁尺间有相对运动时才能读取磁化信号，并有电压信号输出，输出信号的大小取决于运动速度，静止时没有信号输出。静态磁头又称磁通响应式磁头，在低速甚至静止时也能进行位置检测，所以数控机床上采用静态磁头。静态磁头分为单磁头、双磁头和多磁头。 6.5 磁 栅 * 静态磁头由铁心上两个产生磁通方向相反的励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成。 1-磁性膜；2-基体；3-磁尺；4-磁头； 5-铁心；6-励磁绕组；7-拾磁绕组 图6.23 磁栅结构原理 6.5 磁 栅 * 将高频励磁电流通人励磁绕组时，在磁头上产生磁通Φ1。当磁头靠近磁尺时，磁尺上的磁信号产生的磁通Φ0进入磁头铁心，并被高频励磁电流产生的磁通Φ1所调制。于是在拾磁线圈中感应电压为 式中：U0--感应电压幅值；λ--磁尺磁化信号的节距； x--选定某一N极作