3.1数控机床的位移检测（光电编码器）（课件）-《传感器检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目三 位移检测 项目三 位移检测 目 录 1 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 2 任务二 数控机床的位移检测（光栅传感器） 3 任务三 数控机床的位移检测（磁栅传感器） 4 任务四 轴承滚柱的直径检测 项目三 位移检测 学习目标 能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。 能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。 会用光电编码器测量位移。 能了解光栅传感器的组成和结构。 能理解莫尔条纹测量位移的原理。 能了解磁栅传感器的组成和特点。了解磁栅、磁头的结构和工作原理。 能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。 项目三 位移检测 位移是物体在一定方向上的位置变化。位移测量，可分为线位移测量和角位移测量两种，它是机械加工的重要参数。另外，许多其他参数，如力与压力、形变、厚度、间距、振动、速度、加速度等非电量的测量也可以转换为位移的测量，由位移的变化测出这些参数的变化。 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 任务提出 以数控机床（图3-1）为核心的先进制造技术是世界各国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控机床是机电一体化的典型产品，它是机、电、气、液、光等多学科的综合，技术涉及机械制造、传感器、信息处理、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域。其中传感器在数控机床中具有重要地位，它监视和测量着数控机床工作过程的每一步。 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 任务提出 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 相关知识 光电编码器也是一种光电传感器，只是它将光源、透镜、随轴旋转的码盘、窄缝和光敏元件组成在一起。当码盘转动时，光敏元件接收到一串亮暗相间的光线，由后续电路转换为一串脉冲，光电编码器将转速信号直接转换为脉冲输出。因此光电编码器是一种数字式传感器。 光电编码器广泛应用于测量转轴的转速、角位移，丝杆的线位移等方面。它具有测量精度高、分辨率高、稳定性好、抗干扰能力强、便于与计算机接口、适宜远距离传输等特点。光电编码器由于它的码盘和内部结构的不同而分为增量式编码器和绝对式编码器两种。 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 一、光电编码器和码盘的外形图 光电编码器的外形如图3-2所示，绝对式和增量式码盘的外形如图3-3所示。 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 二、增量式编码器 如图3-4所示为增量式编码器的结构图。它由光源、光栅板、码盘和光敏元件组成。码盘与转轴连在一起，它是用玻璃材料制成，表面涂有一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心透光窄缝，透光窄缝在码盘圆周上等分，数量从一百多条到几千条不等。 （一）增量式编码器的结构和组成 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 二、增量式编码器 光电编码器的光栅板外圈上A、B两个窄缝的间距是码盘上的两个窄缝距离的（m +1/4）倍，m 为正整数，由于彼此错开1/4节距，两组窄缝相对应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90°相位。当码盘随轴正转时，A信号超前B信号90°；当码盘反转时，B信号超前A信号90°，波形如图3-5所示。这样可以判断码盘旋转的方向。 （二）增量式编码器的工作原理 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 二、增量式编码器 （二）增量式编码器的工作原理 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 三、绝对式编码器 码盘由光学玻璃制成，如图3-6所示为六位二进制码盘结构，上面刻有同心码道，每位码道都按一定规律制成透光和不透光部分，其中黑的区域为不透光区，又称暗区，用“0”表示；白的区域为透光区，又称亮区，用“1”表示。这样在任意角度都有对应的二进制编码。 （一）六位二进制码盘结构 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 三、绝对式编码器 如图3-7所示为绝对式编码器组成示意图。它由光源、透镜、码盘和光敏元件组成。其中光敏元件是一组，它的排列与码道一一对应。 （二）绝对式编码器的组成 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 三、绝对式编码器 光源透过透镜照射到码盘上，当码盘随轴转动时，通过亮区（透光窄缝）的光线由光敏元件接收，输出为“1”；而在暗区，输出为“0”。码盘旋至不同的位置时，一组光敏元件输出信号的组合反映了一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移的大小。 （三）绝对式编码器的工作原理 任务一 数控机床的位移检测（光电编码器） 任务实施 由上面的相关知识可知，光电编码器有增量式编码器和绝对式编码器两种，要对数控机床的位置进行检测，一般选用增量式光电编码器，对于重要的测量可选用绝对式光电