项目4.3光栅位移传感器在数控机床中的应用（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 1 项目三 光栅位移传感器在数控机床中的应用 一、项目目标 通过该项目的学习，了解光栅式位移传感器的特点，掌握其测量原理，能根据光栅传感器输出的脉冲信号来计算运动部件的位移量。 熟悉光栅位移传感器应用电路的组成、实现方法，会分析简单的故障。 二、项目分析 光栅式位移传感器具有测量精度高、测量范围大、信号抗干扰能力强等优点，在对传统机床进行数字化改造及现代数控机床中。 位移传感器的应用 06 一月 2024 2 得到广泛的应用。在对传统机床进行数字化改造及现代数控机床中，得到广泛的应用。 近年来，我国自行设计、制造了很多光栅式测量长度和角度的计量仪器，如成都远恒精密测控技术有限公司生产的BG1型线位移传感器、长春光机数显技术有限责任公司生产的SGC系列等，BG1型线位移传感器如图4.23所示。 位移传感器的应用 06 一月 2024 3 图4.23 BG1型线位移传感器 本产品采用光栅常数相等的透射式标尺光栅和指示光栅付。该产品运用了裂相技术和零位标记，从而使传感器具有优异的重复定位性，高等级测量精度。防护密封采用特殊的耐油、耐腐、高弹性及抗氧化塑胶，防水、防尘优良，使用寿命长，体积小，重量轻等特点。 位移传感器的应用 06 一月 2024 4 适用于机床、仪器作长度测量，座标显示和数控系统的自动测量等。表4.4给出了BG1型线位移传感器参数表如表4.4所示。 位移传感器的应用 06 一月 2024 5 表4.5和表4.6给出了长春光机数显技术有限公司SGC光栅位移传感器的技术参数表和输出参数表如表4.5、表4.6所示。 位移传感器的应用 06 一月 2024 6 由表4.5、表4.6可知，光栅位移传感器的输出信号为两个相位相差90º的信号，在实际应用中，主要任务就是对传感器输出的信号进行放大、整形、辨向、细分及计数，根据计数结果计算出位移量。 位移传感器的应用 06 一月 2024 7 为了光栅位移传感器应用的方便，国内生产光栅位移传感器的厂家都研制了多种型号的光栅数显表，可以和光栅位移传感器进行很好地连接。所以对于用户来说，只要能根据被测量设备（如机床）的最大行程，选择合适的光栅位移传感器及光栅数显表，即可构成数字式位移测量系统。本项目中，将简要介绍数显表的基本原理及组成、重点介绍光栅位移传感器及数显表的安装。 位移传感器的应用 06 一月 2024 8 目前，光栅数显表主要有两在类型，即数字逻辑电路数显表和以MCU为核心的智能化数显表。前者以传统的放大整形、细分、辨向电路、可逆计数器及数字译码显示器等电路组成。随着可编程逻辑器件的广泛使用，将细分、辨向、计数器、译码驱动电路通过CPLD来实现，使得数显表的电路大为简化，体积缩小很多。基于数字逻辑电路的数显表组成框图如图4.24所示。 位移传感器的应用 06 一月 2024 9 图4.24 基于数字逻辑电路的数显表组成框图 光栅传感器的输出信号经放大、整形电路后，送到MCU进行及相关电路进行辨向、细分及计数，并进行处理后将位移值显示在显示器件上。由于微控制器具有强大的处理能力，此类数显表除了能显示位移之外，还能进行打印实时数据，并可以和上位机进行通信，是数显表的主要方案。 位移传感器的应用 06 一月 2024 10 基于MCU的光栅数显表的组成框图如图4.25所示。 图4.25 基于MCU的光栅数显表的组成框图 位移传感器的应用 06 一月 2024 11 三、项目实施 1．光栅位移传感器安装方式 光栅线位移传感的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位，一般将主尺安装在机床的工作台(滑板)上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。 位移传感器的应用 06 一月 2024 12 如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上(如滑板)。 ⑴安装基面 安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。 位移传感器的应用 06 一月 2024 13 光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm