传感器与检测技术 9数控机床内零部件精准定位分析与设计

传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——项目导入项目导入数控机床内零部件精准定位分析知识目标能力目标素质目标知识技能素质光栅传感器磁栅、容栅、感应同步器编码器项目实施光栅位移传感器数显系统的安装与校准增量式编码器安装与测试数控机床内零部件精准定位分析与设计项目拓评项目小结项目评价传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——项目导入9.1项目导入9.1项目导入一、案例介绍数控机床9.1项目导入一、案例介绍身高：150cm体重：49.5kgBMI：229.1项目导入一、案例介绍非接触式光电式超声波式接触式线位移型（容栅）角位移型（编码器）身高测量9.1项目导入一、案例介绍容栅数显测高仪9.1项目导入一、案例介绍容栅数显测高仪量程750mm

分辨率0.001mm

示值误差0.0075mm

示值重复性0.002mm(3σ)

测量力1~3N可调

测量滑架的最大速度1米/秒

底座测头1.测力调节

2.测头导轨

3.测头

4.坐垫

5.液晶屏显示

6.触摸开关

7.RS-232输出

8.打印机

9.驱动开关

10.气泵开关

11.电源线9.1项目导入一、案例介绍位移测量工业设计工程测算产品销售设备维护9.1项目导入一、案例介绍9.1项目导入二、教学目标1）熟悉光栅、磁栅、容栅传感器的结构和工作原理。2）掌握光栅、磁栅、容栅的使用方法。3）掌握旋转编码器的结构、工作原理、使用方法。知识目标1）会根据使用场合、传感器特性等选择不同位移-数字传感器。2）会根据产品手册正确安装光栅、磁栅、容栅、旋转编码器。3）会将位移输出传感器的输出信号转换成位移、速度信息。能力目标1）具备专注负责、爱岗敬业的劳动精神。2）具备善于思考、勤于总结的良好习惯。3）具备生精益求精、敢于创新的工匠精神。素质目标传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——相关知识与技能：光栅传感器9.2相关知识与技能9.2.1光栅传感器位移-数字传感器数字式传感器可以把输入量转换成数字量输出，直接送入计算机进行数据处理。进行位移测量的数字式传感器主要有光栅、磁栅、容栅、感应同步器和旋转编码器等。小位移的测量（几微米~几毫米）：电容式、差动电感式和电阻应变式中等位移的测量（几毫米~100毫米左右）：差动变压器式较大范围位移的测量：电阻电位器式位移传感器，但准确度不高。9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理应用:高精度机床和仪器的精密定位或长度、速度、加速度、振动的测量。概念区分：

（高中物理中的光栅）物理光栅：主要利用光的衍射现象。

常用于光谱分析和光波波长测定。

（检测领域的光栅）计量光栅：在检测技术中用于被测量测量的光栅。—光栅栏

9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理按光栅形状长光栅（测量直线位移）圆光栅（测量角位移）按光线走向透射光栅反射光栅

栅距栅线宽度栅线缝隙宽度长光栅圆光栅a+b=W，称为光栅的栅距（或光栅常数）通常，a=b=W/29.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅检测装置主要组成部分：光源、透镜、光栅副、光电元件

光源透镜标尺光栅指示光栅硅光电池组光栅副光学玻璃工业白玻璃光栅副9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理尺身尺身安装孔

反射式扫描头（与移动部件固定）扫描头安装孔可移动电缆长光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长光栅9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理长光栅的外形及结构（续）扫描头（与移动部件固定）光栅尺可移动电缆9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理1－光源2－透镜3－指示光栅4－标尺光栅5－零位光栅6－光敏元件光源、透镜、指示光栅及光敏元件均固定在扫描头内，随扫描头一起联动。直线光栅内部结构（透射式直线光栅结构及组成）9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理圆光栅简介：

刻画在玻璃圆盘上的光栅称为圆光栅，也称光栅盘，用来测量角度或角位移。

圆光栅按线栅的刻线方式可分为径向光栅和切向光栅，在工作时配对使用。

径向光栅

切向光栅9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理测量角位移时，通常标尺光栅固定在机床活动部件（如转轴）上；指示光栅连同光源、聚光镜及光电池等安装在机床的固定部件上；标尺光栅和指示光栅间保持一定的间隙，重叠在一起，并在自身的平面内转一个很小的角度θ。9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理工作过程莫尔条纹B——相邻两条亮带或暗带之间的距离W——光栅的栅距θ——两光栅条纹间的夹角9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理莫尔条纹的特点：平均误差效应(能消除栅距不均匀造成的影响)、放大作用(1/θ倍)、对应关系（莫尔条纹沿垂直于光栅运动的方向移动）9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理莫尔条纹光学放大作用举例

有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示光栅的夹角

=1.8

，则：分辨力=栅距W=1mm/50=0.02mm=20

m（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）

莫尔条纹的宽度是栅距的32倍：

L≈W/θ=0.02mm/（1.8

*3.14/180

）

=0.02mm/0.0314=0.637mm

由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理莫尔条纹移动方向与两光栅相对移动方向及光栅线夹角的关系指示光栅相对标尺光栅的转动角度方向标尺光栅相对于指示光栅的移动方向莫尔条纹移动方向顺时针方向转角向右向上向左向下逆时针方向转角向右向下向左向上9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅位移与光强输出电压的关系

光栅输出信号：9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理O位移LA光敏元件A_A_BBτWO位移LAO位移LBO位移LB当莫尔条纹的亮带出现的时候，相应的光电元件接收到一个幅值比较大的信号，暗带出现时，接收到幅值较小的信号9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理辨向电路

作用：实现物体正向运动时脉冲数累加，负向运动时脉冲数做减法运算。实现方法：相距B/4的莫尔条纹位置上设置两个光电元件。利用辩向电路计算信号的超前和滞后，从而知道物体运动的方向。O位移LAO位移LB9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理细分电路

细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。好处：通过增加细分电路，提高检测精度，精简机械结构，减少加工成本。

例：有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细分数为4细分，则：分辨力

=W/4

=（1mm/50）/4=0.005mm=5

m

结论：采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅的输出信号（TTL）余弦信号（超前）正弦信号零位信号9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅输出信号（电压正弦波）细分点余弦信号正弦信号零位信号波峰波谷过零点辨向和细分技术——在不追加机械结构复杂度和加工成本的基础上，利用电路设计和信号算法上，实现了光栅传感器的功能需求和性能改善。相辅相成化繁为简事半功倍严谨细致9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅应用

内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）为光栅设计

的专用信号

处理单元（光栅插补器）9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅在机床上的安装位置（2个自由度）2自由度光栅数显表X位移显示Z（Y）位移显示9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理光栅在机床上的安装位置（3个自由度）3自由度光栅数显表9.2.1光栅传感器一、光栅的位移测量原理安装有直线光栅的数控机床加工实况防护罩内为直线光栅光栅扫描头被加工工件切削刀具角编码器安装在夹具的端部9.2.1光栅传感器二、光栅使用与维护1）插拔光栅位移传感器与数显表的插头或插座时应关闭电源后进行。2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅位移传感器壳体内部。3）定期检查各安装连接螺钉是否松动。4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀地涂一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。5）为保证光栅位移传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醚和无水乙醇混合液(各50%)或无水乙醇清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持光栅尺面的清洁。9.2.1光栅传感器二、光栅使用与维护6）光栅位移传感器严禁剧烈振动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅位移传感器就会失效。7）不要自行拆开光栅位移传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅位移传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦损坏铬层，也就损坏了栅线，从而造成光栅尺报废。8）应注意防止油及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。9）光栅位移传感器应尽量避免在有严重腐蚀性的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——相关知识与技能：磁栅、容栅、感应同步器9.2相关知识与技能9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅主要由磁栅、磁头和测量电路三部分组成，是一种磁电转换器。种利用磁栅与磁头之间的磁作用以计算磁波数目来测量位移。在大型机床的数控、精密机床的自动控制等方面了得到广泛的应用。9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅输出电动势为一调幅波9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔相比光栅：a.制作工艺简单、易于安装，在油污、粉尘较多的场合下使用有较好的稳定性；b.可安装在机床上后再录制磁信号。c.精度较高，可到±0.01mm/m，分辨率为1~5μm；测量精度低于光栅尺d.长时间使用后需要重新录磁；e.磁栅反应速度较慢，使其应用受到限制。9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅磁栅传感器可以检测直线位移磁栅传感器在水中运行9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅磁栅测量系统压板磁头磁尺9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅9.2.2磁栅、容栅、感应同步器一、磁栅磁栅在铣床直线位移测量中的应用磁尺数显表9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅

容栅传感器是利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变成为电信号的一种传感器。容栅传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，它的电极排列如同栅状。与其他大位移传感器，如光栅、磁栅等相比，虽然精度稍差，但体积小、造价低、耗电省。广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪等几百毫米以下行程的测量中。9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅容栅的结构形式与工作原理容栅按其结构形式可分为长容栅和圆容栅两大类。长容栅主要用于直线位移测量，圆容栅主要用于角位移测量。反射式容栅9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅

长容栅由定栅尺和动栅尺组成，国内一般用敷铜板制造。圆容栅主要由以透射板作主栅、以分别置于主栅两面的、保持最佳恒定距离的发射极板和接收极板作分体式副栅构成。对于长容栅，当动栅尺沿方向平行于定栅尺移动时，每对容栅的覆盖面积将发生周期性变化，电容量也随之发生周期性变化。常用的电极的结构形式有反射式、透射式和倾斜式。定栅尺反射电极的极距d9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅

容栅式电容传感器测量电路主要有调幅式和调相式测量电路两种形式。

（1）调幅式测量原理调幅式测量原理电极相对位置图9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅当静电极片P相对于两组动栅片A和B有位移时，差动电容器CA、CB不等，电容静极板P上的电荷量发生变化，有从而导致Um由原来的0发生改变，这时可以通过电子开关改变差动电容器CA、CB的输入电压，使得QP的值减小，直至为零。这时有:上两式中C0为初始电容量，l0为发射电极的极距，则9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅（2）调相式测量原理9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅

当两个极板相对移动x(x<l0/2)而处于位置b时，反射极片E上感应的电荷为，

由于传感器的接收电极耦合发射电极的电荷，其输出电压与接收电极的电荷成正比，可见，传感器输出一个与激励电压同频的正弦波电压，其幅值近似为常数K，而其相位则与被测位移x近似成线性关系。只要测量出输出电压的相位就可以测量出被测位移x。9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅各种容栅测量装置9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅各种容栅数显表9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅各种容栅数显卡尺9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅各种容栅数显卡尺（续）该卡尺的分辨率为多少微米？9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅各种容栅数显卡尺（续）外卡尺汽车专用卡尺内卡尺9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅容栅数显卡尺的结构容栅数显卡尺内的数据和信号处理组合功能块9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅容栅数显卡尺的结构容栅数显卡尺内的数据和信号处理组合功能块9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅数显外径测量台数显内螺孔深度尺9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅容栅数显百分表红宝石测头容栅数显千分表

可以显示1

m位移量的千分表千分表与百分表的本质区别在哪里？9.2.2磁栅、容栅、感应同步器二、容栅容栅数显测高仪量程750mm

分辨率0.001mm

示值误差0.0075mm

示值重复性0.002mm(3σ)

测量力1~3N可调

测量滑架的最大速度1米/秒

底座测头1.测力调节

2.测头导轨

3.测头

4.坐垫

5.液晶屏显示

6.触摸开关

7.RS-232输出

8.打印机

9.驱动开关

10.气泵开关

11.电源线9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器感应同步器是一种根据电磁感应原理。利用两个平面型电路绕组，其互感随位置而变化的原理工作的位移传感器。按用途可分为测量线位移的直线型感应同步器和测量角位移的圆盘型感应同步器

。

主要优点：结构简单、制造方便、对工作环境要求不高，在大中型机床上得到广泛应用。感应同步器定尺感应同步器滑尺9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器1、结构:定尺+转尺定子+转子2、分类:长感应同步器(测位移)圆感应同步器(测角度)3、原理：两平面绕组的电磁感应随其相对位置变化.⊙⊕

⊙

⊕

⊙⊕

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⊙⊕UeUe:载波电源Us:调制输出转尺相距1/4节距UsUc9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器转尺在定尺上水平滑移:定尺通入交流电源ue时;转尺s中产生感应电压:定、转两尺对准时,电压=+max;偏移1/4节距时,电压=0;偏移1/2节距时,电压=-max中间位置电压转尺c中产生感应电压与转尺s电压相差90°⊙⊕

⊙

⊕

⊙⊕

⊙⊕

⊙⊕ueusuc3、原理9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器

如果在滑尺上安装两个在空间上互差90度（1/4节距）的激磁绕组，分别通入同幅的差90度的交流电，有：

正弦绕组激磁电压

余弦绕组激磁电压正弦和余弦绕组磁场都会在定尺绕组引起感应电动势。余弦绕组在定尺绕组上的感应电动势：4、信号处理正弦绕组在定尺绕组上的感应电动势：（1）调相方式9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器

定尺绕组上的总输出感应电动势为：结论：只要测量出感应电动势e的相位，即可换算出位移x9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器（2）调幅方式

如果在滑尺上安装两个在空间上互差90度（1/4节距）的激磁绕组，分别通入不同幅度、相位一致的正弦交流电，有：正弦绕组激磁电压

余弦绕组激磁电压正弦和余弦绕组都会在定尺绕组引起感应电动势。余弦绕组在定尺绕组上的感应电动势：正弦绕组在定尺绕组上的感应电动势：9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器

根据叠加原理，定尺绕组上的总输出感应电动势为：

结论：只要测量出感应电动势e的幅值，即可通过上式换算出希望的位移x9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器5、感应同步器的应用特点尺长：250mm～36m，节距W＝2mm；两尺间隙：0.178mm；非线性误差：长器2.5um,圆器1～4’’;载波频率200Hz～200kHz应用：—精密控制：数控机床、扫描仪、射线望远镜激光火控指挥仪……9.2.2磁栅、容栅、感应同步器三、感应同步器某调幅型数显表系统框图传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——相关知识与技能：编码器9.2相关知识与技能9.2.3编码器按照被测物理量的形式，可以分为角位移和直线位移编码器按照信号的读出方式编码器可分为接触式和非接触式两种。按照工作原理编码器可以分为绝对式和增量式两种。按照内部结构和检测方式可以分为接触式、光电式、电磁式光电式编码器的精度与可靠性优于接触式和电磁式，在数控机床上得到了广泛应用。9.2.3编码器脉冲编码器概述

脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器。它通常安装在被测轴上，与被测轴一起转动，将机械转角和加速度变化变成电脉冲信号，是一种常用的角位移检测元件。

常用的脉冲编码器9.2.3编码器1、脉冲编码器的特点：

1）、总体特点：

高精度、高分辨率、高可靠性、响应速度快；

缺点是抗污染能力差，容易损坏。

2）、增量式脉冲编码器特点：

只测量位移的增量；

结构简单，但是一旦计数有误，此后的测量结果全错。若发生故障（如断电），排除后不能找到事故前的正确位置。

3）、绝对式脉冲编码器特点：

被测量的任一点的位置都是从一个固定的零点算起。每个被测点都有相应的测量值，常以数据形式表示，测量结果不易丢失。9.2.3编码器一、增量式光电编码器9.2.3编码器一、增量式光电编码器sin元件cos元件Z狭缝sin狭缝cos狭缝9.2.3编码器一、增量式光电编码器AB位置相差1/4节距AB相角相差90度Z：基准信号（0度）Z的脉冲数为转动圈数狭缝数为n分辨角为360°/n转动角度为m*360°/nA脉冲为mAB超前滞后判位移方向9.2.3编码器一、增量式光电编码器1－转轴2－LED3－光栏板4－零标志5－光敏元件6－码盘7－印制电路板8－电源及信号线连接座

一个脉冲对应一个分辨角

分辨力

＝360

/条纹数设：条纹数＝1024

＝360

/1024＝0.352

9.2.3编码器一、增量式光电编码器辨向信号和零标志正转时信号波形。(请画出反转时信号B的波形）

增量式编码器缺点：

存在零点累计误差；

抗干扰能力差；

接收设备的停机需断电记忆；

开机应找零或参考位。

9.2.3编码器一、增量式光电编码器增量式编码器测量直线位移根据增量编码器的脉冲数量、机械传动比及滚珠丝杠螺距可以得到移动部件的位移量。例：数控机床的伺服电机（带光电编码器）与滚珠丝杠直连（即传动比为1：1），光电编码器1024脉冲每转，丝杠为8mm螺距，在数控系统位置中断时间内计数512个脉冲，则在该段时间内，工作台移动的距离为4mm。多少？9.2.3编码器一、增量式光电编码器

1）、在数控机床中与伺服电机同轴连成一体，测工作台或刀架的直线位移。9.2.3编码器一、增量式光电编码器传动机构齿距齿条齿轮θ

x螺母丝杠xθ

9.2.3编码器一、增量式光电编码器9.2.3编码器一、增量式光电编码器增量式编码器测量转速两种测速方法：a.根据给定的时间间隔T内，编码器所产生的脉冲数m来确定。若编码器每转产生N个脉冲，则平均转速为（人的常规思维）（r/min）n=60m/NT。b.根据编码器所产生的相邻两个脉冲之间的时间来确定被测速度。若编码器每转产生N个脉冲，给定的时钟频率为f，编码器所产生相邻两个脉冲的时钟周期为m，则转速为（控制器算法）（r/min）n=60f/Nm。9.2.3编码器一、增量式光电编码器例题T

m1

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：

n=60×65536/（1024×5）r/min

=768r/min9.2.3编码器一、增量式光电编码器时钟脉冲fc

编码器输出脉冲

m2

···

n=60fc

/（Nm2

）

=60*1000000/（1024*3000）=19.53r/min

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz，则转速（r/min)为：9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器绝对式编码器通过读取编码盘上的图案直接将被测角位移量用数字代码表示出来，且每一个角度均有对应的测量代码，因此具有断电记忆功能。9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器绝对式码盘与增量式码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘绝对式角编码器按照角度直接进行编码。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式、磁阻式等。透光区不透光区零位标志9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器绝对式测量角编码器每一个微小的角位移都有一个对应的编码常以二进制数据形式来表示。在绝对式测量中，即使中途断电，重新上电之后，也能读出当前位置的数据。10θ绝对式角编码器自然二进制码或格雷码019.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器4个光敏元件4位二进制码盘+5V输入公共码道

最小分辨角度为α=360°/2n

绝对式编码器演示1/16圈数变化1/8圈数变化1/4圈数变化1/2圈数变化0000~11110101对应5α9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器观察图此时码盘的输出二进制码为多少？共有几位码？提示：读数时，高位在内，低位在外。9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器二进制码、十制码与格雷码对照表

0101对应5α，即5*360°/16=5*22.5°=112.5°

装偏7α：01118α：1010装偏位（次高位）没有发生变化9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器其他角编码器外形

（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）拉线式角编码器利用线轮，能将直线运动转换成旋转运动。9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器绝对式光电码盘与增量式码盘的区别绝对式光电码盘（8码道）增量式光电码盘（256位）高位9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器绝对式光电编码器的分辨力及分辨率测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数n有关，即最小能分辨的角度为：

α=360°/2n

分辨率=1/2n增量式光电编码器的分辨力及分辨率测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：9.2.3编码器二、绝对式脉冲编码器增量式测量方法：偏差式结构：2个码道，内圈1个狭缝（基准），外圈N个狭缝（AB相，正弦余弦元件）输出信号类型：AB相串行输出参数：N（p/r）分辨角：a=360°/N位移测量：脉冲计数测位移大小（m*a=m*360°/N）AB超前滞后测方向（正反转）速度测量：60m/NT、60f/Nm缺点：存在零位偏差，开机后要重新找准零位基准绝对式测量方法：零位式结构：n个码道，最外圈2^n个狭缝，最内圈2个狭缝；n个光电元件输出信号：n位并行输出分辨角：360°/2^n位移测量：码制转换（二进制码、格雷码）（1011）2*a=11*360°/2^4=247.5°特点：编码位移，不需要基准，可靠性高传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——项目实施：光栅位移传感器数显系统的安装与校准9.3项目实施9.3.1光栅位移传感器数显系统的安装与校准一、光栅安装1．安装基面2．安装主尺3．安装读数头4．安装限位装置5．安装限数显装置与接线二、光栅校准传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——项目实施：增量式编码器安装与测试9.3项目实施9.3.2增量式编码器安装与测试一、编码器安装编码器的安装方式安装套安装轴9.3.2增量式编码器安装与测试一、编码器安装1）机械方面

a.编码器实心轴与外部连接时应避免刚性连接，而应采用弹性联轴器，尼龙齿轮或同步带连接传动。b.避免因用户轴的窜动、跳动造成编码器轴系和码盘的损坏。

9.3.2增量式编码器安装与测试一、编码器安装1）机械方面

a.编码器实心轴与外部连接时应避免刚性连接，而应采用弹性联轴器，尼龙齿轮或同步带连接传动。b.避免因用户轴的窜动、跳动造成编码器轴系和码盘的损坏。c.安装编码器空心轴与电机轴是间歇配合，不能过紧或过松，定位间也不得过紧，严禁敲打装入，以免损坏轴系和码盘。d.有锁紧环的编码器在装入电机轴前，严禁锁紧，以防止轴壁永久变形，造成编码器的装卸困难。e.应保证编码器轴与用户输出轴的同轴度≤0.02mm，两轴线的偏角≤1.5°。f.长期使用时，要检查板弹簧相对编码器是否松动、固定编码器的螺钉是否松动。9.3.2增量式编码器安装与测试一、编码器安装2）环境方面a.编码器是精密仪器，使用时要注意周围有无振源及干扰源。b.不是防漏结构的编码器不要溅上水、油等，必要时要加上防护罩。c.要注意环境温度、湿度是否在仪器使用范围之内。d.要避免在强电磁波环境中使用。3）电气方面a.接地线应尽量粗，一般应大于Ф3mm。b.不要将编码器的输出线与动力线等绕在一起或在同一管道中输出，也不宜在配线盘附近使用，以防干扰。c.编码器的输出线不要搭接，以免损坏输出电路。d.与编码器相连的电动机等设备，应接地良好，不要有静电。e.配线时，应采用屏蔽电缆。9.3.2增量式编码器安装与测试一、编码器安装f.开机前，应仔细检查，产品说明书与编码器型号是否相符。g.接线务必正确，错误接线会导致内部电路损坏，在初次启动前对未用电缆要进行绝缘处理。h.长距离传输时，应考虑信号衰减因素，选用输出阻抗低、抗干扰能力强的输出方式。

9.3.2增量式编码器安装与测试二、编码器与PLC接线9.3.2增量式编码器安装与测试三、编码器测试用双踪示波器接编码器的X和Y通道分别接A、B相线，读取波形，分析单通道波形的信号周期、占空比、高低电平大小，分析AB两相相位差。用双踪示波器接编码器的一个通道接Z相线，读取波形，分析Z相信号的周期、零信号宽度。传感器与检测技术数控机床内零部件精准定位分析与设计——项目实施：数控机床内零部件精准定位分析与设计9.3项目实施9.3.3数控机床内零部件精准定位分析与设计

某单位计划利用数显装置将一台普通车床改造为自动车床，专门用于车削螺纹。请分析自动检测系统需要检测哪些变量？并分析可采用什么样的传感器实现检测目的。9.3.3数控机床内零部件精准定位分析与设计一、设计思路加工螺纹的实例n退刀点起刀点螺距t螺钉加工测控系统用不同的刀具加工复杂的工件9.3.3数控机床内零部件精准定位分析与设计一、设计思路为保持螺距恒定与均匀，零件旋转速度和进给速度要求同步——可在带动零件转动的转轴的末端使用编码器测量角速度，在带动零件进给的机构上安装检测速度的传感器，如光栅、磁栅、容栅，或在带动零件进给的电机上安装编码器。为实现对零件从起刀点到退刀点的行程控制，可使用位移传感器测量零件的位移，也可以行程开关或接近开关控制。为实现对螺纹加工深度的控制，可用压电式传感器检测切削刀的动态力。为了实现自动换刀控制，可安装回转台，在回转台上安装刀具，并用编码器（绝对式或增量式）测量回转台角位移。9.3.3数控机床内零部件精准定位分析与设计一、设计思路改造后的车床配置回转刀架主轴箱主轴末端主轴编码器步进电机丝杠（控制进刀和退刀）拖板（增量式光电编码器）A主轴卡盘A向9.3.3数控机床内零部件精准定位分析