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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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、在进行超慢速移动中，（尤其是在磨床使用中）例如F0.1mm/min，为了维持速度的稳定，光栅尺的选择更为关键。其测量步距通常选择应在0.01um左右。 另外，在系统订货的时候，正弦波信号的光栅尺与方波信号的光栅尺，需 要选择不同的分离式检测单元。,完,
