模塊十、數(shù)字式位移檢測(cè)(上).ppt

機(jī)、電類 傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程 模塊十、數(shù)字式位移檢測(cè) 課件 統(tǒng)一書號(hào)：ISBN 978-7-111-48817-0 課程配套網(wǎng)站 或 2015年2月第1版,（作者：梁森、黃杭美、王明霄、王侃夫）,本模塊介紹“數(shù)字式位移傳感器” 的基本概念、大位移的測(cè)量方法、角編碼器、光柵傳感器、磁柵傳感器、容柵傳感器，并討論了它們?cè)谥本€位移和角位移精密測(cè)量以及機(jī)床位置控制中的應(yīng)用。還介紹了電梯平層的要求及方法。,內(nèi)容簡介,今天是：2019年7月19日星期五,模塊九、小位移檢測(cè)（上） 目錄,知識(shí)鏈接 位置檢測(cè)方式 項(xiàng)目一、角編碼器 項(xiàng)目二、光柵傳感器 項(xiàng)目三、磁柵傳感器 項(xiàng)目四、容柵傳感器 拓展閱讀 電梯平層,現(xiàn)在時(shí)間是：01:53,知識(shí)鏈接 位置檢測(cè)方式,位置測(cè)量主要是指直線位移和角位移的精密測(cè)量。數(shù)字式位置傳感器按測(cè)量方式有直接測(cè)量和間接測(cè)量之分；按測(cè)量原理分，有增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量之分。,一、直接測(cè)量和間接測(cè)量,若位置傳感器所測(cè)量的對(duì)象就是被測(cè)量本身，即：直線式傳感器直接測(cè)量直線位移，旋轉(zhuǎn)式傳感器直接測(cè)量角位移，則該測(cè)量方式為直接測(cè)量。例如用長光柵和長磁柵測(cè)量直線位移等。,若旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè)量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只是被測(cè)量的中間值，再由測(cè)量結(jié)果推算出與之關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)部件的直線位移，則該測(cè)量方式屬于間接測(cè)量。例如用角編碼器測(cè)量出機(jī)械絲杠的旋轉(zhuǎn)角度，再計(jì)算絲杠上的螺母的直線位移。,圖10-1 直接測(cè)量和間接測(cè)量示意圖 a）直接測(cè)量 b）間接測(cè)量 1導(dǎo)軌 2運(yùn)動(dòng)部件 3直線式位置傳感器的隨動(dòng)部件 4直線式位置傳感器的固定部件 5旋轉(zhuǎn)式位置傳感器 6絲杠-螺母副 7電動(dòng)機(jī),7,直接測(cè)量 示意圖,光柵讀數(shù)頭,光柵尺,隨動(dòng)刀具,8,間接測(cè)量示意圖,隨動(dòng)刀具,直接測(cè)量,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),利用角位移傳感器直接測(cè)量工作臺(tái)的角位移,直接利用數(shù)字式直線位移傳感器 測(cè)量直線加工機(jī)床的直線位移量,直接測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差,+x,工作臺(tái) 運(yùn)動(dòng)方向,光柵,間接測(cè)量,在間接測(cè)量中，多使用旋轉(zhuǎn)式位置傳感器。測(cè)量到的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)僅僅是中間值，但可由這中間值再推算出與之關(guān)聯(lián)的移動(dòng)部件的直線位移。 間接測(cè)量須使用絲杠-螺母副、齒輪-齒條副等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。,工作臺(tái),絲杠,編碼器,進(jìn)給電動(dòng)機(jī) (伺服或步進(jìn)),x,齒輪-齒條副的位移轉(zhuǎn)換演示,.,例：設(shè)齒輪的分度圓直徑為200mm ,齒數(shù)z=100, 傳感器測(cè)得齒輪轉(zhuǎn)過了 =180度。求： 1）所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)N； 2）齒條的齒距t； 3)齒條所移動(dòng)的距離 x。,齒輪,齒條,-x,齒條為直線運(yùn)動(dòng)， 齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),+x,解： 1）所轉(zhuǎn)過的齒數(shù) N=(z360) =(100/360)180 =50 2）齒條的齒距 t=D/z=6.28mm；,3）齒條所移動(dòng)的距離x=N t= 506.28=314mm.測(cè)出齒輪的角位移,就可測(cè)得齒條的直線位移,D,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),滾珠絲杠-螺母副、齒輪-齒條副等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。 但應(yīng)設(shè)法消除傳導(dǎo)過程產(chǎn)生的間隙誤差。,齒距t,齒條,齒輪,x,滾珠絲杠螺母副,滾珠絲杠-螺母副能夠減小傳動(dòng)磨檫力，延長使用壽命，減小間隙誤差。,螺母,絲杠,x,平均螺距誤差大于10m,傳動(dòng)分析,設(shè)：螺距t=4mm，絲杠在4s時(shí)間里轉(zhuǎn)動(dòng)了10圈，求：絲杠的平均轉(zhuǎn)速n(r/min)及螺母移動(dòng)了多少毫米？螺母的平均速度v又為多少？,滾珠螺母,絲杠,螺距t=4mm,x,N=10圈時(shí)， =？度,x=？mm,齒輪-齒條副、螺母絲桿副等直線-旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備均存在間隙誤差,特別是從正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)時(shí),間隙將導(dǎo)致測(cè)量死區(qū),必須予以補(bǔ)償。,例10-1 若絲杠的螺距t =6.00mm（當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)一圈360時(shí)，“單線螺母”或“單頭螺母”移動(dòng)的直線距離為6.00mm），旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè)得絲杠的旋轉(zhuǎn)角度為7290，求螺母的直線位移x。,解 螺母的直線位移 x=(7290/360)6mm =121.50mm,1導(dǎo)軌 2運(yùn)動(dòng)部件 5旋轉(zhuǎn)式位置傳感器 6絲杠-螺母副 7電動(dòng)機(jī),【絲杠-螺母副位移轉(zhuǎn)換填表訓(xùn)練】,絲杠-螺母副（單線）在10s時(shí)間里運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)如下，請(qǐng)分析、填空（最少保留三位有效數(shù)字）,表10-1 數(shù)字式位置檢測(cè)傳感器的 分類及特點(diǎn),表10-1 數(shù)字式位置檢測(cè)傳感器的 分類及特點(diǎn)（續(xù)）,二、增量式測(cè)量與絕對(duì)式測(cè)量,（1）增量式測(cè)量：運(yùn)動(dòng)部件每移動(dòng)一個(gè)基本長度單位，位置傳感器便發(fā)出一個(gè)輸出脈沖。一個(gè)脈沖所代表的基本長度單位就是分辨力。計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，便可得到位移量。,光源,（1）增量式測(cè)量（續(xù)）,例10-2 在圖10-1a中，若增量式測(cè)量系統(tǒng)的每個(gè)脈沖代表0.01mm，在10s時(shí)間里，長光柵傳感器發(fā)出2000個(gè)脈沖，求： 1）工作臺(tái)的直線位移x（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位為：mm）。 2）運(yùn)動(dòng)速度v（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位為：m/min）。 解 1）根據(jù)題意，工作臺(tái)每移動(dòng)0.01mm，長光柵傳感器便發(fā)出1個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器就加1或減1。當(dāng)計(jì)數(shù)值為2000時(shí)，工作臺(tái)移動(dòng)了x =20000.01mm =20.0mm。 2）v=x/t=20.0mm/(10s)=2.00mm/s=0.12m/min。 增量式位置傳感器必須有一個(gè)零位標(biāo)志，作為測(cè)量起點(diǎn)的零位標(biāo)志。典型的增量式位置傳感器有增量式光電角編碼器、增量式光柵等,增量式傳感器工作原理分析,在增量式測(cè)量中，移動(dòng)部件每移動(dòng)一個(gè)基本長度單位，位置傳感器便發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)，此信號(hào)通常是脈沖形式。這樣，一個(gè)脈沖所代表的基本長度單位就是分辨力，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，便可得到位移量。,增量式測(cè)量得到的脈沖波形,（2）絕對(duì)式測(cè)量,每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的編碼,常以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式來表示（例如:10 1011 0010）。即使斷電之后再重新上電,也能讀出絕對(duì)式測(cè)量傳感器當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)。典型的絕對(duì)式位置傳感器有絕對(duì)式角編碼器。,項(xiàng)目一 角編碼器,項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)目標(biāo) 1了解接觸式角編碼器的原理與編碼方法。 2了解絕對(duì)式和增量式光電角編碼器的工作原理。 技能目標(biāo) 1掌握絕對(duì)式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。 2掌握增量式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。 3掌握增量式角編碼器的M法測(cè)速計(jì)算。,任務(wù)一 認(rèn)識(shí)角編碼器,角編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器，它的轉(zhuǎn)軸通常與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸連接，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。角編碼器能將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼（絕對(duì)式角編碼器）或一串脈沖（增量式角編碼器）。,混合式角編碼器（不僅輸出格雷碼，同時(shí)還輸出增量式脈沖信號(hào)），可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子的空間位置與轉(zhuǎn)速。,光柵板,一、絕對(duì)式角編碼器 （將被測(cè)角度直接進(jìn)行編碼）,根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式的不同，有接觸式、光電式、磁阻式等形式。常用的角編碼器是光電式。 1接觸式角編碼器的結(jié)構(gòu) 在一個(gè)不導(dǎo)電基體上，制造出許多有規(guī)律的導(dǎo)電金屬區(qū)，圖中的涂黑部分為導(dǎo)電區(qū)，用電平“1”表示，其他部分為絕緣區(qū)，用電平“0”表示。圖中的碼盤分成4個(gè)輸出碼道，在每個(gè)碼道上都有一個(gè)電刷，電刷經(jīng)取樣電阻R0R3接地，信號(hào)從電阻的“熱端”（非接地端）取出。,圖10-2 4位二進(jìn)制接觸式碼盤 a）電刷在自然二進(jìn)制碼盤上的位置 b）4位自然二進(jìn)制碼盤 c）4位格雷碼碼盤 1碼盤 2轉(zhuǎn)軸 3導(dǎo)電體 4絕緣體 5電刷 6激勵(lì)公用軌道（接電源正極）,表10-2 4位十進(jìn)制數(shù)與 自然二進(jìn)制碼以及格雷碼的對(duì)照表,絕對(duì)式編碼器（接觸式）演示,4個(gè)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 =36016=22.5,2角編碼器的分辨力與分辨率,二進(jìn)制的位數(shù)等于碼道的圈數(shù)（不包括最里面的公用軌道）。高位在內(nèi)，低位在外。 M位二進(jìn)制碼盤就有M圈碼道，且圓周被均分為2M個(gè)區(qū)域，分別表示不同的角度位置，所能分辨的角度（即分辨力）為 =360/2M （10-1） 分辨率=1/2M （10-2） 例10-3 求12碼道絕對(duì)式角編碼器的分辨力。 解 12碼道的絕對(duì)式角編碼器的圓周被均分為 212=4096個(gè)位置數(shù)，所以能分辨的角度： =360/212=5.27,3絕對(duì)式光電角編碼器的結(jié)構(gòu),圖10-3 絕對(duì)式光電角編碼器 a）12碼道光電碼盤的平面結(jié)構(gòu) b）4碼道光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系 c）外形,絕對(duì)式光電編碼器結(jié)構(gòu),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(duì)應(yīng)關(guān)系（4碼道）,高位,低位,光電式角編碼器的特點(diǎn),碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道，在玻璃上沉積很薄的刻線，按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。當(dāng)光源將光投射在碼盤上時(shí)，通過亮區(qū)的光線由光敏元件接收。光敏元件的排列與碼道一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)于亮區(qū)的光敏元件輸出為“1”，暗區(qū)的輸出為“0”。當(dāng)碼盤旋至不同位置時(shí)，光敏元件輸出格雷碼，代表碼盤軸的角位移的大小。 不銹鋼光電碼盤要玻璃碼盤抗振性好。現(xiàn)在也采用透明樹脂片鍍膜刻蝕，強(qiáng)度比玻璃碼盤高。 光電碼盤沒有接觸磨損，壽命長，允許轉(zhuǎn)速高。 角編碼器信號(hào)輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出等。由于并行信號(hào)連接線較多。高位數(shù)及多圈角編碼器多數(shù)采用串行或總線型輸出。,光電脈沖角編碼器示意圖,34,放大、整形,絕對(duì)式角編碼器,絕對(duì)式碼盤與增量式碼盤有何區(qū)別？,10碼道光電絕對(duì)式碼盤,絕對(duì)式角編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式有接觸式、光電式、磁阻式等。,透光區(qū),不透光區(qū),零位標(biāo)志,絕對(duì)式測(cè)量角編碼器,每一個(gè)微小的角位移都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的編碼，常以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式來表示。在絕對(duì)式測(cè)量中，即使中途斷電，重新上電之后，當(dāng)前位置的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)仍然不變。,1,0,絕對(duì)式角編碼器,自然二進(jìn)制碼 或格雷碼,0,1,其他角編碼器外形,其他角編碼器外形（續(xù)）,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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,E1050-14 絕對(duì)式 角編碼器的 特性參數(shù),.,4多圈角編碼器,當(dāng)圖10-3所示的絕對(duì)式光電碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)超過360時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，稱為單圈絕對(duì)式角編碼器。 如果測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360，在斷電時(shí)，可以用鋰電池來保持對(duì)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的記憶（但不允許在斷電后再旋轉(zhuǎn)一圈以上）。,也可以采用類似于鐘表的齒輪結(jié)構(gòu)來記憶圈數(shù)，稱為多圈絕對(duì)式角編碼器。還可以在圖10-3所示的碼盤的內(nèi)圈，增加粗碼刻度，可以做到在4096圈之內(nèi)不重復(fù)輸出。,5絕對(duì)式角編碼器的RS485接線,圖10-4 絕對(duì)式角編碼器與用戶端的RS485通信電路 表10-4 10碼道角編碼器的接線顏色,屏蔽線的屏蔽層接到設(shè)備的外殼,二、增量式角編碼器,1增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu),圖10-5 增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖(放大圖見下頁),a）外形 b）內(nèi)部結(jié)構(gòu) c）掃描孔板與碼盤、光電接收器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 1轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管 3掃描孔板（光欄板） 4零位標(biāo)志光槽（Z） 5零位光敏元件 6碼盤 7電源及信號(hào)線連接座 8聚光透鏡,圖10-5 增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖,增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）,b）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管 3掃描孔板（光欄板） 4零位標(biāo)志光槽（Z） 5零位光敏元件 6碼盤 7電源及信號(hào)線連接座 8聚光透鏡,增量式編碼器結(jié)構(gòu),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,增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）,增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）,圖10-5 b）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管 3掃描孔板（光欄板） 4零位標(biāo)志光槽（Z）5零位光敏元件 6碼盤 7電源及信號(hào)線連接座 8聚光透鏡,絕對(duì)式光電碼盤與增量式碼盤的區(qū)別,絕對(duì)式光電碼盤（12碼道） 增量式光電碼盤（1024位）,高位,低位,分辨力360/條紋數(shù) 例：條紋數(shù)1024,360/1024 0.352,增量式光電編碼器 的分辨力與分辨率,1轉(zhuǎn)軸 2LED 3光欄板 4零標(biāo)志 5光敏元件 6碼盤 7印制電路板 8電源及信號(hào)線連接座,增量式編碼器（INC）（ 續(xù)）,辨向原理,光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)A、B彼此相差90相位。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前A信號(hào)90。,LED,光欄板及 A、B狹縫,cos,sin,C：零位檢測(cè),光電編碼器的兩個(gè)“辨向元件”,光欄板上的兩個(gè)狹縫距離是碼盤上的兩個(gè)狹縫距離W的(m +1/4)倍,m 為正整數(shù),并設(shè)置了兩組光敏元件A、B,有時(shí)又稱為cos 、 sin元件。,W,(m +1/4)W,A相位超前B :90 （1/4周期）,例:W=1mm,cos與sin元件的距離可以是6.25或8.25mm等,兩路光電信號(hào)判斷旋轉(zhuǎn)方向,A超前于B，判斷為正向旋轉(zhuǎn)， A也稱為cos信號(hào)； B也稱為sin信號(hào)。,A滯后于B，判斷為反向旋轉(zhuǎn),辨向信號(hào)和零標(biāo)志,光電編碼器的光欄板上有A與B兩組狹縫，彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對(duì)應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)A、 B彼此相差90相位，用于辯向（辨別旋轉(zhuǎn)方向）。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A信號(hào)超前B信號(hào)90；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前A信號(hào)90。 (請(qǐng)畫出反轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)B的波形）,在碼盤里圈，還有一根狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)”或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)量的起始基準(zhǔn)。,零標(biāo)志（一轉(zhuǎn)脈沖）波形及作用,一轉(zhuǎn)（360）,C,C,在碼盤里圈，有一條狹縫C，碼盤每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一個(gè)脈沖。該脈沖信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)”或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)量的起始基準(zhǔn)（0） 。,A,B,C,90,2增量式光電角編碼器的分辨力與分辨率,增量式光電角編碼器的測(cè)量準(zhǔn)確度與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)（分度數(shù)）M有關(guān)，最小分辨的角度： =360/M （10-3） 分辨率=1/M （10-4） 例10-4 某增量式角編碼器的技術(shù)指標(biāo)為 1024個(gè)脈沖/r（即分度數(shù)M1024P/r）， 求：分辨力。 解 按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1024個(gè)，則能分辨的最小角度為 =360/M=360/1024=0.352,判斷碼盤旋轉(zhuǎn)方向的方法,為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)的方向，必須在增量式角編碼器的光欄板上設(shè)置兩個(gè)狹縫，并設(shè)置兩組對(duì)應(yīng)的光敏元件，如圖10-5b、c中的A、B光敏元件，有時(shí)也稱為cos、sin元件。,圖10-6 絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào)(放大圖見后頁) a）TTL電平信號(hào) b）正弦波信號(hào),圖10-6 絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào) a）TTL電平信號(hào) b）正弦波信號(hào),3增量式光電角編碼器的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算,設(shè)增量式角編碼器的碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)（分度數(shù)）為M，在靜止時(shí)碼盤的初始位置角為零，開始旋轉(zhuǎn)后給出脈沖數(shù)目為m，則碼盤旋轉(zhuǎn)的角度 =360(m/M) （10-5） 例10-5 某增量式角編碼器的分度數(shù)M1024，從零位信號(hào)Z之后的10s內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)角編碼器的一路信號(hào)（圖10-6中的A信號(hào)）計(jì)數(shù)，得到m=1024+128個(gè)脈沖。求：碼盤旋轉(zhuǎn)的角度和轉(zhuǎn)速n（r/min）。 解 按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1024個(gè)，碼盤旋轉(zhuǎn)的角度 =360(m/M)=360(1152/1024)=3601.125=405 n=60r/s=60(405/360)/10s=6.75r/min,4響應(yīng)頻率,增量式角編碼器的響應(yīng)頻率取決于光電檢測(cè)器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)碼盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分度數(shù)（分辨率）很高，那么角編碼器輸出的信號(hào)頻率將會(huì)很高，光電檢測(cè)器件和電子線路元器件的輸出波形滯后和嚴(yán)重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。,5增量式光電角編碼器的接線,圖10-8 增量式角編碼器的差分輸出的接線,6光電角編碼器的安裝、使用注意事項(xiàng),1）主軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)角編碼器軸與用戶端輸出軸之間需要采用彈性軟連接，避免因用戶軸的竄動(dòng)、跳動(dòng)而造成角編碼器軸系和碼盤的損壞。安裝時(shí)應(yīng)保證角編碼器軸與用戶輸出軸的偏角小于1.5。 2）高速運(yùn)行時(shí)建議使用同步帶輪連接。 3）長距離傳輸時(shí)，應(yīng)選用具備輸出阻抗低的型號(hào)。 4）接地線一般應(yīng)大于1.5mm2，盡量避免雙端接地。 5）現(xiàn)場(chǎng)總線式角編碼器使用前要對(duì)角編碼器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 需要設(shè)置的參數(shù)有：旋轉(zhuǎn)的正方向、每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)、總分辨率、預(yù)置值、記憶功能、診斷模式等,表10-5 WLF系列角編碼器的主要技術(shù)指標(biāo),任務(wù)二 角編碼器的應(yīng)用,一、角編碼器在數(shù)字測(cè)速中的應(yīng)用 由于增量式角編碼器的輸出是脈沖信號(hào)，因此，可以通過測(cè)量脈沖頻率或周期的方法來測(cè)量轉(zhuǎn)速。 數(shù)字測(cè)速方法有M法測(cè)速、T法測(cè)速和M/T法測(cè)速等。 1M法測(cè)速 在一定的時(shí)間間隔ts內(nèi)（ts=t閘門，見圖10-9a，如10s、1s、0.1s等），用角編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來確定速度的方法稱為M法測(cè)速。,M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合）,m1,圖10-9a M法測(cè)速原理 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生M個(gè)脈沖，在ts時(shí)間段內(nèi)有 m1 個(gè)脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為 ： n = 60m1/(ts M)1,ts,M法門控測(cè)速電路（基本原理）,先利用施密特觸發(fā)器將角編碼器的輸出脈沖三角波轉(zhuǎn)換為矩形波。當(dāng)與門的C端為高電平時(shí)，b端的信號(hào)可以通過與門，到達(dá)d端，然后單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到m1個(gè)計(jì)數(shù)結(jié)果。,M法測(cè)速的計(jì)算,若編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個(gè)脈沖，在ts的閘門時(shí)間間隔內(nèi)得到m1個(gè)脈，則編碼器所產(chǎn)生的脈沖頻率為 （10-6）,則轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）為 （10-7）,1誤差簡述,M法測(cè)速的本質(zhì)是測(cè)頻。誤差主要由兩個(gè)因素決定： 1）閘門時(shí)間ts的誤差：可以使用晶振來提高閘門時(shí)間的準(zhǔn)確性； 2）量化誤差：又稱為1誤差，見下圖(原理見后頁),ts,2）產(chǎn)生1誤差的原因：測(cè)頻時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。由于閘門開啟時(shí)刻（秒信號(hào)的上升沿）和被測(cè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿到來的時(shí)刻之間的關(guān)系是隨機(jī)的,有可能在第二個(gè)t閘門時(shí)間里，比在第一個(gè)t閘門時(shí)間多計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖，或少計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖，就造成了誤差。,ts,例 某角編碼器的技術(shù)指標(biāo)為1024個(gè)脈沖/r（即M1024P/r =1K），在0.2s時(shí)間內(nèi)，測(cè)得100個(gè)脈沖，即ts=0.2s，m=100，求：,1）轉(zhuǎn)速n；2）1誤差引起的轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差為多少r/min。3）如果將ts延長到1s，求1誤差引起的轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差為多少r/min。 解 1）角編碼器軸的轉(zhuǎn)速為,3）如果將ts延長到1s，m的數(shù)值必然增加到500，則,結(jié)論：采樣時(shí)間為1s時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速，與在0.2s時(shí)間內(nèi)測(cè)得的轉(zhuǎn)速相同，但1個(gè)脈沖引起的誤差縮小為原來的1/5。,2）由于1誤差，在ts=0.2s時(shí)間段里，計(jì)數(shù)得到的脈沖數(shù)m=1001個(gè)脈沖，則,M法測(cè)速計(jì)算（續(xù)）,T,例：有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為M=1024p/r， 在5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得65536個(gè)單向脈沖，求： 轉(zhuǎn)速n（r/min) 解：n = 6065536 1024 5= 768 r/min,2T法測(cè)速（適應(yīng)于緩慢轉(zhuǎn)速的測(cè)量）,T法測(cè)速原理如圖10-9b所示。用角編碼器所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間T來確定“傳感器在一個(gè)周期里面的被測(cè)轉(zhuǎn)速”的方法稱為T法測(cè)速。在T法測(cè)速中，必須使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖f0（其周期為T0）作為測(cè)量角編碼器輸出信號(hào)周期的“時(shí)鐘”。（不展開講解）,二、絕對(duì)式角編碼器在工位編碼及 刀庫選刀控制中的應(yīng)用,1絕對(duì)式角編碼器在 工位編碼中的應(yīng)用,圖10-10 轉(zhuǎn)盤加工工位 的編碼 1絕對(duì)式角編碼器 2電動(dòng)機(jī) 3同步帶 4轉(zhuǎn)軸 5轉(zhuǎn)盤 6工件 7刀具,例10-7 設(shè)圖10-10中的角編碼器為4碼道絕對(duì)式碼盤（假設(shè)采用自然二進(jìn)制碼），工件18的編碼從0000到1110。圖10-10中的工位1（0000）已完成加工，要使處于工位2上的工件轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)等待鉆加工，計(jì)算機(jī)應(yīng)如何控制電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)盤？,解 由于工位的編碼是從0000開始到1110，所以每個(gè)工位的變化為0010。工位2上的編碼為0010，工位3上的編碼為0100，以此類推。 當(dāng)工件1完成加工后，電動(dòng)機(jī)通