文档介绍：光栅与编码器介绍
时间:2009-08-04 11:26:27 来源:中国传动网作者:
光栅与编码器介绍
位置检测装置作为数控机床的重要组成部分,其作用就是检测位移量,并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较,若有偏差,经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动,直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度,必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码器,光栅尺,旋转变压器,测速发电机等比较普遍,下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术
简要介绍:
将光源、两块长光栅(动尺和定尺)、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号,动尺移动一个栅距,输出电信号便变化一个周期,它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式,一是相位角相差90度的2路方波信号,二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论,而对于输出正弦波信号的光栅尺,经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号,A相信号为主信号,B相为副信号,两个信号周期相同,均为W,相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述
从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅,这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来,测量单位不是像激光一样的是光波波长,而是通用的米制(或英制)标尺。它们有各自的优势,相互补充,在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种,而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低,因此光栅发展得最快,技术性能最高,市场占有率最高,产业最大。光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%,光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级,测量速度从60m/min,到480m/min。测量长度从1m、3m达到30m和100m。
二、光栅测量技术发展的回顾
计量光栅技术的基础是莫尔条纹(Moire fringes),,直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺,也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺,这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺,光栅计量仪器才能为用户所接受,进入商品市场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统,可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分,并能鉴别移动方向,这就是4倍频鉴相技术,是光栅测量系统的基础,并一直广泛应用至今。
德国Heidenhain公司1961年开始开发光栅尺和圆栅编码器,并制造出栅距为4μm(250线/mm)的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统,能实现1微米和1角秒的测量分辨力。1966年制造出了栅距为20μm(50线/mm)的封闭式直线光栅编码器。在80年代又推出AURODUR工艺,是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅。并在光栅一个参考标记(零位)的基础上增加了距离编码。在1987年又提出一种新的干涉原理,采用衍射光栅实现纳米级的测量,并允许较宽