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光栅尺信号与接口 2 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺使用简介 直线光栅尺用于测量直线轴的移动位置 由于直接测量机械位置 因此能够最准确的反应机床的实际位置 对于机床控制而言光栅尺能够 消除滚珠丝杠的反向间隙 消除丝杆 导轨由于温度变化所带来的位置误差 大型 消除滚珠丝杠的螺距误差所带来的位置误差 速度测量 位置测量 3 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺使用简介 对于机床控制而言 光栅尺常常应用于以下场合 1 高精密机床 提高加工精度 提升产品的品质 2 大型机床 如 大型龙门 卧加 镗铣床等 使用光栅尺能够减小由于过长的传动链带来的传动误差 同时减小温度变化带来的形变误差 3 采用直驱技术的新型电机 直线电机等 对于机床上使用的光栅尺 我们通常关注以下技术规格 1 光栅尺的结构 钢带 玻璃 2 光栅尺的信号类型 串行信号 方波信号 正弦波信号 1 Vpp 3 光栅尺的分辨率 4 光栅尺的信号周期 倍频 4 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 1 光栅尺分类 机床用光栅尺按照结构分类 1 钢带结构 钢带结构适用于长距离移动距离 2 玻璃结构 玻璃结构由于热稳定性好 因此适用于高精度光栅尺 但是测量距离不会太长 另外 超高精度的测量还可能会使用陶瓷基体的光栅尺 机床用光栅尺按照测量方法分类 增量式光栅尺 绝对式光栅尺 距离码式光栅尺 其中 增量式光栅尺测量位置信息是通过以当前位置进行增量计算得到的 绝对式光栅尺的位置信息是记录在光栅尺上一条绝对位置编码线上 距离码式光栅尺不需要外部电源 通过检测到固定算法确定的参考点来确定机床零点坐标 5 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 2 光栅尺的信号 光栅尺信号主要包括3种 串行信号 正弦波信号与方波信号 1 串行信号 串行信号是指符合FANUC传输协议的信号 采用该信号的光栅尺传输信号为串行数据 故可靠性与稳定性比较高 2 正弦波信号 也称为1 Vpp信号 A06B 6061 C201可扩展信号通常为2相相位差为90 电子角的信号 6 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 2 光栅尺的信号 下面对正弦波光栅尺中常用的技术指标进行介绍 2 1 栅距 如下图 光栅尺输出的是电信号 栅距是指光栅尺上实际的物理刻线 每经过一个栅距 光栅尺输出的电信号便变化一个周期 例如 栅距为20um时 当移动距离为20um时 光栅尺便输出两路相位差为90 的360 变化的正弦波波形 2 2 信号周期 随着测量技术的发展 现在可以在光栅尺读数头上 采用倍频电路对每一个栅格信号产生的正弦波进行倍频处理 依此 可以细化光栅尺的信号输出周期 经过读数头倍频之后的信号会比原来的栅格信号密化很多倍 密化后的信号长度称为信号周期 读数头倍频 若读数头不具备倍频能力 则栅距 信号周期 7 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 2 光栅尺的信号 2 3 倍频 倍频可以理解为将原有信号进行密化 通过倍频可以将正弦波的周期缩短 将每个周期对应的测量距离缩短 提高测量精度 常见的倍频方法有 读数头倍频 后续倍频仪器 光栅尺厂家提供 类似于前置放大器 用来对信号进行放大和倍频处理 数控系统的倍频等 2 4 测量步距 经过倍频处理的正弦波信号用来对位置进行测量 受制于光栅尺制作工艺 误差等级以及位置记录电路的处理能力的限制 不可能对原始的栅距信号无限制进行倍频 因此 光栅尺厂家对每一种光栅尺均有一个推荐的测量步距 该值的含义是指光栅尺可能承受的最小测量距离 在该测量步距范围内 能够实现光栅尺标称的测量精度 相对于数控系统而言 该测量步距通常是指系统的最小指令单位 同样 该技术指标也标定了光栅尺的测量精度 分辨率 8 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 2 光栅尺的信号 2 5例 常见的光栅尺规格表 光栅尺型号 光栅尺信号类型 光栅尺原始信号周期 栅距 读数头的倍频数 经过倍频后的信号周期 光栅尺的最小测量距离 20um 20um 4um 0 5um 1um 4倍频 512倍频 9 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺技术指标 2 光栅尺的信号 3 方波信号 又称为TTL接口输出信号 A02B 0303 C205可扩展系统接收的方波信号为2路方波信号A和B 和其反相信号A和B 其中 两路信号的相位差为90 信号周期360 4倍频处理后的测量步距 区别 1 通常 通过对光栅传感器输出的正弦信号 一个周期是一个栅距 进行插补和数字化处理后 得到相位相差90 的方波 2 方波信号的处理 根据其信号特征 最多可对其进行4倍频处理 正弦波则可以在信号不衰减 且无干扰的情况下 理论上进行无穷倍数的倍频处理 3 正弦波信号较方波信号更容易受到干扰 10 北京发那科机电有限公司培训讲义版权所有请勿复制传播 光栅尺的选择 光栅尺的选择 在用户选择光栅尺的时候 需要考虑如下原则 1 最小指令单位 系统 与光栅尺的测量步距应一致 2 在1点中 若需要保证实际机床的定位精度达到系统的最小指令单位 则推荐使用光栅尺的测量步距为最小指令单位的1 10的型号 3 在进行超慢