12-1數(shù)字式傳感器

2020 4 6 1 第十二章數(shù)字式傳感器 本章學(xué)習(xí)幾種常用數(shù)字式傳感器的結(jié)構(gòu) 原理 如計量光柵 感應(yīng)同步器 編碼器 并討論他們在直線位移和角位移中測量 控制的應(yīng)用 2020 4 6 2 第一節(jié)計量光柵 一 光柵的類型和結(jié)構(gòu) 計量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類 均由光源 光柵副 光敏元件三大部分組成 計量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵 2020 4 6 3 尺身 尺身安裝孔 反射式掃描頭 與移動部件固定 掃描頭安裝孔 可移動電纜 光柵的外形及結(jié)構(gòu) 防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長磁柵 2020 4 6 4 掃描頭 與移動部件固定 光柵尺 可移動電纜 光柵的外形及結(jié)構(gòu) 續(xù) 2020 4 6 5 圖12 0光柵及光柵傳感器1 光源2 聚光鏡3 主光柵4 指示光柵5 光電元件 2020 4 6 6 反射式光柵 2020 4 6 7 透射式光柵 2020 4 6 8 透射式圓光柵 固定 2020 4 6 9 莫爾條紋的光學(xué)放大作用 在透射式直線光柵中 把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起 中間留有很小的間隙 并使兩者的柵線保持很小的夾角 在兩光柵的刻線重合處 光從縫隙透過 形成亮帶 在兩光柵刻線的錯開處 由于相互擋光作用而形成暗帶 光柵的刻線寬度W 莫爾條紋的寬度L L W 為主光柵和指示光柵刻線的夾角 弧度 2020 4 6 10 圖12 1莫爾條紋的形成 2020 4 6 11 圖光強變化信號 2020 4 6 12 莫爾條紋演示 2020 4 6 13 莫爾條紋光學(xué)放大作用舉例 有一直線光柵 每毫米刻線數(shù)為50 主光柵與指示光柵的夾角 1 8 則 分辨力 柵距W 1mm 50 0 02mm 20 m 由于柵距很小 因此無法觀察光強的變化 莫爾條紋的寬度是柵距的32倍 L W 0 02mm 1 8 3 14 180 0 02mm 0 0314 0 637mm由于較大 因此可以用小面積的光電池 觀察 莫爾條紋光強的變化 2020 4 6 14 光柵輸出信號 電壓正弦波 細(xì)分點 余弦信號 正弦信號 零位信號 二 細(xì)分技術(shù) 2020 4 6 15 一 直接細(xì)分 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價格的情況下提高光柵的分辨力 細(xì)分前 光柵的分辨力只有一個柵距的大小 采用4細(xì)分技術(shù)后 計數(shù)脈沖的頻率提高了4倍 相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍 測量步距是原來的1 4 較大地提高了測量精度 細(xì)分前 細(xì)分后 2020 4 6 16 光柵細(xì)分舉例 有一直線光柵 每毫米刻線數(shù)為50 細(xì)分?jǐn)?shù)為4細(xì)分 則 分辨力 W 4 1mm 50 4 0 005mm 5 m采用細(xì)分技術(shù) 在不增加光柵刻線數(shù) 成本 的情況下 將分辨力提高了3倍 2020 4 6 17 圖12 6電位器移相原理 二 電位器橋細(xì)分 若 則 2020 4 6 18 圖12 548點電位器橋細(xì)分電路 48點電位器橋細(xì)分電路圖12 5圖中第i個電位器電刷兩邊電阻比值為 2020 4 6 19 2020 4 6 20 辨向電路及波形 如果傳感器只安裝一套光電元件 則在實際應(yīng)用中 無論光柵作正向移動還是反向移動 光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號 無法分辨位移的方向 例 某1024p r圓光柵 正轉(zhuǎn)10圈 反轉(zhuǎn)4圈 若不采取辨向措施 則計數(shù)器將錯誤地得到14336個脈沖 而正確值為 10 4 1024 6144個脈沖 2020 4 6 21 正向運動產(chǎn)生加法脈沖 正向運動時 與門IC2無 減 計數(shù)脈沖輸出 2020 4 6 22 為光柵設(shè)計的專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器 光柵計數(shù)卡 內(nèi)部包含以下電路 放大 整形 細(xì)分 辨向 報警 阻抗變換等 2020 4 6 23 為光柵設(shè)計的專用信號處理單元 光柵插補器 功能同上頁 2020 4 6 24 光柵在機(jī)床上的安裝位置 2個自由度 2020 4 6 25 光柵在機(jī)床上的安裝位置 3個自由度 數(shù)顯表 2020 4 6 26 光柵在機(jī)床上的安裝位置 3個自由度 續(xù) 2020 4 6 27 2自由度光柵數(shù)顯表 X位移顯示 Z Y 位移顯示 2020 4 6 28 3自由度光柵數(shù)顯表 2020 4 6 29 光柵數(shù)顯表 續(xù) 三座標(biāo)數(shù)顯表 2020 4 6 30 SDS8 3E光柵數(shù)顯箱功能 公制 英制轉(zhuǎn)換絕對 相對轉(zhuǎn)換線性誤差補償正反方向計算歸零插值補償?shù)竭_(dá)目標(biāo)值停機(jī)PCD圓周分孔200組零位記憶電蝕深度目標(biāo)值顯示實時工作位置顯示掉電記憶 2020 4 6 31 光柵數(shù)顯表 續(xù) 設(shè)定按鍵 2020 4 6 32 安裝有直線光柵的數(shù)控機(jī)床加工實況 防護(hù)罩內(nèi)為直線光柵 光柵掃描頭 被加工工件 切削刀具 角編碼器安裝在夾具的端部 2020 4 6 33 第二節(jié)感應(yīng)同步器 12 2 1感應(yīng)同步器的類型和結(jié)構(gòu) 圖12 10長感應(yīng)同步器示意圖 2020 4 6 34 圖12 11直線感應(yīng)同步器繞組形式 a 定尺繞組 b W型滑尺繞組 c U型滑尺繞組 2020 4 6 35 12 2感應(yīng)同步器的工作原理 圖12 12感應(yīng)同步器工作原理示意圖 2020 4 6 36 圖12 13感應(yīng)同步器中的電磁感應(yīng) 1 滑尺上斷續(xù)繞組與定尺連續(xù)繞組間的互感 2 定子上斷續(xù)繞組與轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組間的互感 1 正弦繞組 2 余弦繞組 1 正弦繞組 2 余弦繞組 2020 4 6 37 12 2 3感應(yīng)同步器的信號處理方式 頻率和幅值相同 相位差 2 頻率和相位相同 但幅值不等 其中 2020 4 6 38 信號航空插頭 參考德國沃申道夫公司資料 第三節(jié)編碼器 2020 4 6 39 其他角編碼器外形 2020 4 6 40 其他角編碼器外形 續(xù) 拉線式角編碼器利用線輪 能將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動 2020 4 6 41 其他角編碼器外形 參考德國圖爾克傳感與自動化技術(shù)專業(yè)公司 2020 4 6 42 一 增量式光電編碼器的分辨力及分辨率 增量式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度 而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關(guān) 即最小能分辨的角度及分辨率為 2020 4 6 43 轉(zhuǎn)軸 盤碼及狹縫 光敏元件 光欄板及辨向用的A B狹縫 LED A B C 零位標(biāo)志 A B C 2020 4 6 44 二 絕對式編碼器 絕對式碼盤與增量式碼盤有何區(qū)別 10碼道光電絕對式碼盤 絕對式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼 可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來 根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式有接觸式 光電式等形式 透光區(qū) 不透光區(qū) 零位標(biāo)志 2020 4 6 45 絕對式接觸式編碼器演示 4個電刷 4位二進(jìn)制碼盤 5V輸入公共碼道 最小分辨角度為 360 2n 2020 4 6 46 2 絕對式光電編碼器 a 光電碼盤的平面結(jié)構(gòu) 8碼道 b 光電碼盤與光源 光敏元件的對應(yīng)關(guān)系 4碼道 高位 低位 2020 4 6 47 絕對式光電編碼器的分辨力及分辨率 絕對式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度 而這與碼盤上的碼道數(shù)n有關(guān) 即最小能分辨的角度及分辨率為 360 2n分辨率 1 2n 2020 4 6 48 圖12 8接觸式四位二進(jìn)制碼盤 圖12 9四位循環(huán)碼盤 2020 4 6 49 碼制與碼盤 2020 4 6 50 三 角編碼器的應(yīng)用 角編碼器除了能直接測量角位移或間接測量直線位移外 可用于數(shù)字測速 工位編碼 伺服電機(jī)控制等 2020 4 6 51 M法測速 適合于高轉(zhuǎn)速場合 T 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖 在T時間段內(nèi)有m1個脈沖產(chǎn)生 則轉(zhuǎn)速 r min 為 n 60m1 NT 2020 4 6 52 例題 T 有一增量式光電編碼器 其參數(shù)為1024p r 在5s時間內(nèi)測得65536個脈沖 則轉(zhuǎn)速 r min 為 n 60 65536 1024 5 r min 768r min 2020 4 6 53 安裝套 編碼器的安裝方式 1 編碼器的套式安裝 2020 4 6 54 安裝軸 2 編碼器的軸式安裝 2020 4 6 55 編碼器在數(shù)控加工中心的刀庫選刀