数控机床用直线光栅尺(中文)
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17
HCN 2008
8：1Vpp 9：带串口的绝对式光栅尺
机床用直线光栅尺
HCN 2008
应用
要求
高精度 热特性 稳定性
HEIDENHAIN Product
高性能机床，
磨床，车床，铣床
LF LC LS 1xx, LS 4xx LB LS 1679
热特性 测量步距，价格
大型机床 折弯机等
经济性 坚固耐用 数显用光栅尺
信号接口
19
封闭式直线光栅尺概览
刻线周期 类型 精度等级 接口
HCN 2008
典型应用
LF 183 LF 481
8 µm
增量式 单场扫描 钢带刻线
± 3 µm ± 2 µm
~ 1 Vpp
磨床
LC 183 LC 483
20 µm 绝对式 单场扫描 玻璃刻线
± 5 µm ± 3 µm
EnDat 2.2 Fanuc 02 Mitsubishi
•光栅尺的精度
31
测量长度和单个信号周期内的精度
测量长度内的位置误差取决于：
■ ■ ■ 光栅的质量 扫描质量 内导轨的质量
HCN 2008
单信号周期内的位置误差（细分误差）取决于：
■ ■ ■ 光栅的质量 扫描质量 信号处理电路质量
在任何测量位置处，单信号周期的位置误差不超过信号周期 的±2%。LC和LS系列一般为± 1%。信号周期越小，单信 号周期内的位置误差也越小。
产品系列 Vmax 电气允许最大测量速度m/min fmax 最大扫描/输出频率kHz SP 信号周期µm 测量速度 ≤180 m/min ≤ 30 m/min ≤ 60 m/min ≤120 m/min TTL x 5 TTL x 10 50 kHz ≥1 µs ≤60 m/min 100 kHz ≥0.25 µs ≤120 m/min 50 kHz ≥0.5 µs ≤60 m/min 25 kHz ≥1 µs ≤30 m/min TTL x 20 50 kHz ≥0.25 µs ≤60 m/min 25 kHz ≥0.5 µs ≤30 m/min 细分倍数 扫描频率 最小边沿a
Distance d, mm 1.5 ±0.3 1.0 ±0.3
Distance a, mm 2.0 ± 0.3 0.0 ± 0.2
a
7
光栅尺的安装建议
将光栅尺安装在高刚性，不间断的安装面上。 不要将光栅尺安装在振动剧烈的部位或振幅较大的区域。 为便于布线，读数头尽可能安装在不移动部件上 电缆不会因运动产生惯性 力。 读数头安装块不要设计得太长，厚度要尽可能大以保证其自振频率足够高。 读数头安装块应设计成单一部件，避免由多个部件焊接或螺栓固定而成。 读数头安装块的安装面要尽量大而平坦。 注意电缆的屏蔽！
LS 20 µm Glass, G8 3040 mm 2040 mm ±5 µ m, ±3 µm, ±10 µm 1 Vpp TTL 11 µApp
LB 40 µm Steel, 0,3 mm ∞ ±5 µ m 1 Vpp TTL 11 µ App
LF 4 µm Steel, 1 mm 3040 mm 2040 mm ±5 µm, ±3 µm, ±2 µ m 1 V pp TTL 11 µApp
HCN 2008
LC≤180 m/min, LS≤120 m/min LF≤60 m/min, LB≤120 m/min 标准型，C型，绝对式 快捷的安装检验，简单的信号诊断
2
HCN 2008
•机械结构和安装
3
封闭式直线光栅尺结构
HCN 2008
用于平衡热膨胀
读数头运输小车
光栅尺
光源
光电池 密封条 读数头
IBV 101
29
1 Vpp→EnDat 2.2
1 VPP 正弦增量信号 A+ A– B+ B– R+ R– Up 0V EIB 192 Up 0V EIB 392 信号细分盒(EIB) EnDat 2.2 Data + Data – Clock + Clock –
HCN 2008
30
HCN 2008
B
参考信号:
一个或多个信号I0 有效值G: 0.2至0.85 V 静态值H: < 1.7 V 干扰距离E, F: > 40 mV 过零点K, L: 180°±90°
R U
标准值 Up=5V±5% 360°
23
TTL方波信号
TTL接口输出信号的光栅尺和编 码器自带正弦扫描信号的数字化 电子电路，分为带和不带细分电 路两类。 增量信号以相位差为90°的系列 方波脉冲信号U a1和U a2进行传 输。参考点信号包括一个或多个 参考脉冲 Ua0，由增量信号触 发。此外，内置电子电路还生成 其反相信号，实现无噪声信号传 输。 故障监测信号ŪaS表示故障状态， 如电源断电、光源失效等，用于 自动生产过程中停机等。
24
HCN 2008
信号周期360°电子角
故障信号
4倍频之后的测量步距 参考脉冲
等反相信号未示出
EnDat
以传输增量编码器的位置信息。由于采用串行数据传输方式，因此只需要四条信号线。
HCN 2008
EnDat 信号接口是用于编码器的双向数字接口，能够传输绝对编码器的位置值，如采用EnDat 2.2还可
HCN 2008
8
不合理的安装
HCN 2008
9
读数头安装块
HCN 2008
l
b h
10
Abbé误差的补偿
b
导轨
HCN 2008
b
丝杠
ΔP
S
重心
P
ΔP 2
光栅尺
Abbé误差的补偿
高速铣床 © Heller
tan P P2 / b 1 /b P b tan 1 P P P1 2 2
11
减小Abbé 误差的安装方法
HCN 2008
12
HCN 2008
•光栅尺的防护
13
空气压缩装置DA 300
■ ■ ■ ■ 使用时必须保证气源干燥、洁净 定期更换滤芯 最多可用于10 根总长为35 m的封闭式直线光栅尺 LC/LS 100系列光栅尺外壳和读数头两端都能通入压缩空气
HCN 2008
HEIDENHAIN
HCN 2008
来自百度文库
数控机床用直线光栅尺
1
封闭式直线光栅尺的选型
机械结构和安装 测量长度 信号接口 测量精度 栅距 标准型100系列，紧凑型400系列 大于4240mm时必须采用LB系列产品 优先选用LC系列绝对式光栅 栅距越小，信号细分误差越小 驱动系统平稳性越好 LF: 8 m LC: 20 m 测量速度 参考点的形式 诊断 LS: 20 m LB: 40 m
入门级数控机床
EDM
LS 378C / LS 678C LS 388C / LS 688C LS 328C / LS 628C
手动机床
简单易用
18
封闭式直线光栅尺概览
HCN 2008
LC 信号周期 刻线类型 长度范围（大截面） 长度范围（小截面） 系统精度 20 µm Glass, G8 3040 mm (4240 mm) 2040 mm ±5 µ m, ±3 µm EnDat 2.1, 2.2 Fanuc 01, 02 Mitsubishi 01, 02
± 10 µm
TTL
折弯机
21
HCN 2008
•光栅尺的信号类型
22
1 Vpp模拟信号
增量信号:
2个近似正弦的信号A和B 信号幅值 M: 0.6至1.2 Vpp ，典型1 Vpp 信号周期
HCN 2008
A U 1 U
360°el.
对称性误差:
|P-N| / 2M: 信号幅值比: MA / MB: 相位角: |φ 1+ φ 2| / 2: 0.065 0.8至1.25 90°±10 °
~ 1 Vpp
大型机床
LS 388C LS 328C LS 378C LS 688C LS 628C LS 678C
20 µ m 增量式 玻璃刻线 ± 10 µm ± 10 µm ± 5 µm ~ 1 Vpp TTL
通用型机床 如手动机床、 EDM和刀具调 整等
LS 1679
100µm
增量式 玻璃刻线 内置导轨
LS 187 LS 177
20 µm 增量式 单场扫描 玻璃刻线 ± 5 µm ± 3 µm ~ 1 Vpp TTL
高性能铣 床和车床
LS 487 LS 477
20
封闭式直线光栅尺概览
刻线周期 类型 精度等级 接口
HCN 2008
典型应用
LB 382(C)
增量式 单场扫描 钢带刻线
40 µ m
± 5 µm
插头类型
9针
12针M23
26
HCN 2008
•信号处理装置
27
11 µApp→ TTL
■
HCN 2008
细分和数字化电子电路EXE可细分 HEIDENHAIN编码器的正弦输出信号 11 µApp，细分倍数达400 倍， 细分后的信号为 TTL方波脉冲信号。
EXE 101 输入信号 编码器输入 编码器输出 11 µApp 9针M23法兰座
EXE 102
EXE 602E
EXE 660B
EXE 101/EXE 102
12 针M23接头/12 针法兰座 25 倍 50 倍 100倍 200倍 400倍 TTL 锁定
细分倍数
5倍 10 倍
20倍 25倍 50倍 100倍
1倍 5倍
输出信号 EXE 602E/EXE 660B 电源
TTL 锁定 5 V ± 5%
4
封闭式光栅尺的外形
HCN 2008
LC/LS 400系列
LC/LS 100系列
LB 382(C)单段式
LB 382(C)多段式
5
封闭式直线光栅尺尺寸
HCN 2008
6
封闭式直线光栅尺读数头安装尺寸
HCN 2008
Linear encoder LC 1x3, LS 1x7 LC 4x3, LS 4x7
25
接口信号和电缆接头
HCN 2008
LS 187和LS 487的标准化连接
LC 1x3 和LC 4x3的标准化连接
增量式信号
信号类型 11 µApp 1 Vpp 12 针M23接头 15 针D-Sub TTL
绝对式信号
EnDat 不带增量信号 8针 EnDat 带增量信号 17针 FANUC 并行串口 20针 Mitsubishi 高速串口 20针
14
HCN 2008
15
HCN 2008
•封闭式直线光栅尺概览
16
海德汉封闭式直线光栅尺的命名
LS 1 8 7 C
参考点选择 None:选择参考点 C： 按距离编码的参考点 F： FANUC系统接口 M： MITSUBISH 系统接口 光栅尺机械结构 电子输出信号 0：11uAss 2: TTL不带细分 7: TTL带5/10 细分 光栅尺类型：1~9 扫描原理与测量标准 S:标准型 F:精密型 B:钢带式 C:绝对式
33
细分误差对工件质量的影响
HCN 2008
细分误差直接影响工件表面质量
A: 细分误差为±0.4 µ m的位置编码器 B, C: 细分误差为±1 µm的位置编码器
34
HCN 2008
•光栅尺的测量速度
35
直线光栅尺的测量速度
■ 测量速度的计算
HCN 2008
Vmax= fmax SP 60 10-3
LC LF
LC 400 LC 100 LF 481 LF 183 LS 487 LS 187
LS
LS 477 LS 177
TTL 未锁定
28
1 Vpp→ TTL
■
HCN 2008
细分和数字化电子电路IBV 和APE可细分 HEIDENHAIN编码器的正弦输出信号1 Vpp，细分倍数达400 倍，细分后的信号为TTL方波脉冲信号。
IBV 101 输入信号 编码器输入 编码器输出 1 Vpp 12针M23 法兰座 12针M23 法兰座/12针M23 接头 25倍 细分倍数 5倍 10倍 25倍 50倍 100倍 1倍 2倍 50倍 100倍 200倍 400倍 ■ 2路TTL 方波脉冲信号Ua1和Ua2及其反相信号 输出信号 APE 371 电源 ■ 参考脉冲Ua0及其反相信号 ■ 故障监测信号ŪaS ■ 极限和报警信号H，L（APE 371） 5V ± 5% 15芯D-Sub接头 / 9针M2 接头 15芯D-Sub接头 5倍 10倍 20倍 25倍 50倍 100倍 IBV 102 IBV 600 IBV 606 IBV 660 APE 371
信号周期 细分误差（约值） 0.08 µm 0.2 µm 0.2 µm 0.8 µm
LF LC LS LB
32
4µ m 20 µm 20 µm 40 µm
细分误差对驱动系统的影响
HCN 2008
细分误差增加电机内部电流，产生额外噪 声和震动，甚至热量。使得电机及传动部 件的寿命缩短。
带有直线光栅尺的直接驱动的电机电流 A: 小的细分误差（光学编码器） B: 大的细分误差（磁电编码器）
HCN 2008
8：1Vpp 9：带串口的绝对式光栅尺
机床用直线光栅尺
HCN 2008
应用
要求
高精度 热特性 稳定性
HEIDENHAIN Product
高性能机床，
磨床，车床，铣床
LF LC LS 1xx, LS 4xx LB LS 1679
热特性 测量步距，价格
大型机床 折弯机等
经济性 坚固耐用 数显用光栅尺
信号接口
19
封闭式直线光栅尺概览
刻线周期 类型 精度等级 接口
HCN 2008
典型应用
LF 183 LF 481
8 µm
增量式 单场扫描 钢带刻线
± 3 µm ± 2 µm
~ 1 Vpp
磨床
LC 183 LC 483
20 µm 绝对式 单场扫描 玻璃刻线
± 5 µm ± 3 µm
EnDat 2.2 Fanuc 02 Mitsubishi
•光栅尺的精度
31
测量长度和单个信号周期内的精度
测量长度内的位置误差取决于：
■ ■ ■ 光栅的质量 扫描质量 内导轨的质量
HCN 2008
单信号周期内的位置误差（细分误差）取决于：
■ ■ ■ 光栅的质量 扫描质量 信号处理电路质量
在任何测量位置处，单信号周期的位置误差不超过信号周期 的±2%。LC和LS系列一般为± 1%。信号周期越小，单信 号周期内的位置误差也越小。
产品系列 Vmax 电气允许最大测量速度m/min fmax 最大扫描/输出频率kHz SP 信号周期µm 测量速度 ≤180 m/min ≤ 30 m/min ≤ 60 m/min ≤120 m/min TTL x 5 TTL x 10 50 kHz ≥1 µs ≤60 m/min 100 kHz ≥0.25 µs ≤120 m/min 50 kHz ≥0.5 µs ≤60 m/min 25 kHz ≥1 µs ≤30 m/min TTL x 20 50 kHz ≥0.25 µs ≤60 m/min 25 kHz ≥0.5 µs ≤30 m/min 细分倍数 扫描频率 最小边沿a
Distance d, mm 1.5 ±0.3 1.0 ±0.3
Distance a, mm 2.0 ± 0.3 0.0 ± 0.2
a
7
光栅尺的安装建议
将光栅尺安装在高刚性，不间断的安装面上。 不要将光栅尺安装在振动剧烈的部位或振幅较大的区域。 为便于布线，读数头尽可能安装在不移动部件上 电缆不会因运动产生惯性 力。 读数头安装块不要设计得太长，厚度要尽可能大以保证其自振频率足够高。 读数头安装块应设计成单一部件，避免由多个部件焊接或螺栓固定而成。 读数头安装块的安装面要尽量大而平坦。 注意电缆的屏蔽！
LS 20 µm Glass, G8 3040 mm 2040 mm ±5 µ m, ±3 µm, ±10 µm 1 Vpp TTL 11 µApp
LB 40 µm Steel, 0,3 mm ∞ ±5 µ m 1 Vpp TTL 11 µ App
LF 4 µm Steel, 1 mm 3040 mm 2040 mm ±5 µm, ±3 µm, ±2 µ m 1 V pp TTL 11 µApp
HCN 2008
LC≤180 m/min, LS≤120 m/min LF≤60 m/min, LB≤120 m/min 标准型，C型，绝对式 快捷的安装检验，简单的信号诊断
2
HCN 2008
•机械结构和安装
3
封闭式直线光栅尺结构
HCN 2008
用于平衡热膨胀
读数头运输小车
光栅尺
光源
光电池 密封条 读数头
IBV 101
29
1 Vpp→EnDat 2.2
1 VPP 正弦增量信号 A+ A– B+ B– R+ R– Up 0V EIB 192 Up 0V EIB 392 信号细分盒(EIB) EnDat 2.2 Data + Data – Clock + Clock –
HCN 2008
30
HCN 2008
B
参考信号:
一个或多个信号I0 有效值G: 0.2至0.85 V 静态值H: < 1.7 V 干扰距离E, F: > 40 mV 过零点K, L: 180°±90°
R U
标准值 Up=5V±5% 360°
23
TTL方波信号
TTL接口输出信号的光栅尺和编 码器自带正弦扫描信号的数字化 电子电路，分为带和不带细分电 路两类。 增量信号以相位差为90°的系列 方波脉冲信号U a1和U a2进行传 输。参考点信号包括一个或多个 参考脉冲 Ua0，由增量信号触 发。此外，内置电子电路还生成 其反相信号，实现无噪声信号传 输。 故障监测信号ŪaS表示故障状态， 如电源断电、光源失效等，用于 自动生产过程中停机等。
24
HCN 2008
信号周期360°电子角
故障信号
4倍频之后的测量步距 参考脉冲
等反相信号未示出
EnDat
以传输增量编码器的位置信息。由于采用串行数据传输方式，因此只需要四条信号线。
HCN 2008
EnDat 信号接口是用于编码器的双向数字接口，能够传输绝对编码器的位置值，如采用EnDat 2.2还可
HCN 2008
8
不合理的安装
HCN 2008
9
读数头安装块
HCN 2008
l
b h
10
Abbé误差的补偿
b
导轨
HCN 2008
b
丝杠
ΔP
S
重心
P
ΔP 2
光栅尺
Abbé误差的补偿
高速铣床 © Heller
tan P P2 / b 1 /b P b tan 1 P P P1 2 2
11
减小Abbé 误差的安装方法
HCN 2008
12
HCN 2008
•光栅尺的防护
13
空气压缩装置DA 300
■ ■ ■ ■ 使用时必须保证气源干燥、洁净 定期更换滤芯 最多可用于10 根总长为35 m的封闭式直线光栅尺 LC/LS 100系列光栅尺外壳和读数头两端都能通入压缩空气
HCN 2008
HEIDENHAIN
HCN 2008
来自百度文库
数控机床用直线光栅尺
1
封闭式直线光栅尺的选型
机械结构和安装 测量长度 信号接口 测量精度 栅距 标准型100系列，紧凑型400系列 大于4240mm时必须采用LB系列产品 优先选用LC系列绝对式光栅 栅距越小，信号细分误差越小 驱动系统平稳性越好 LF: 8 m LC: 20 m 测量速度 参考点的形式 诊断 LS: 20 m LB: 40 m
入门级数控机床
EDM
LS 378C / LS 678C LS 388C / LS 688C LS 328C / LS 628C
手动机床
简单易用
18
封闭式直线光栅尺概览
HCN 2008
LC 信号周期 刻线类型 长度范围（大截面） 长度范围（小截面） 系统精度 20 µm Glass, G8 3040 mm (4240 mm) 2040 mm ±5 µ m, ±3 µm EnDat 2.1, 2.2 Fanuc 01, 02 Mitsubishi 01, 02
± 10 µm
TTL
折弯机
21
HCN 2008
•光栅尺的信号类型
22
1 Vpp模拟信号
增量信号:
2个近似正弦的信号A和B 信号幅值 M: 0.6至1.2 Vpp ，典型1 Vpp 信号周期
HCN 2008
A U 1 U
360°el.
对称性误差:
|P-N| / 2M: 信号幅值比: MA / MB: 相位角: |φ 1+ φ 2| / 2: 0.065 0.8至1.25 90°±10 °
~ 1 Vpp
大型机床
LS 388C LS 328C LS 378C LS 688C LS 628C LS 678C
20 µ m 增量式 玻璃刻线 ± 10 µm ± 10 µm ± 5 µm ~ 1 Vpp TTL
通用型机床 如手动机床、 EDM和刀具调 整等
LS 1679
100µm
增量式 玻璃刻线 内置导轨
LS 187 LS 177
20 µm 增量式 单场扫描 玻璃刻线 ± 5 µm ± 3 µm ~ 1 Vpp TTL
高性能铣 床和车床
LS 487 LS 477
20
封闭式直线光栅尺概览
刻线周期 类型 精度等级 接口
HCN 2008
典型应用
LB 382(C)
增量式 单场扫描 钢带刻线
40 µ m
± 5 µm
插头类型
9针
12针M23
26
HCN 2008
•信号处理装置
27
11 µApp→ TTL
■
HCN 2008
细分和数字化电子电路EXE可细分 HEIDENHAIN编码器的正弦输出信号 11 µApp，细分倍数达400 倍， 细分后的信号为 TTL方波脉冲信号。
EXE 101 输入信号 编码器输入 编码器输出 11 µApp 9针M23法兰座
EXE 102
EXE 602E
EXE 660B
EXE 101/EXE 102
12 针M23接头/12 针法兰座 25 倍 50 倍 100倍 200倍 400倍 TTL 锁定
细分倍数
5倍 10 倍
20倍 25倍 50倍 100倍
1倍 5倍
输出信号 EXE 602E/EXE 660B 电源
TTL 锁定 5 V ± 5%
4
封闭式光栅尺的外形
HCN 2008
LC/LS 400系列
LC/LS 100系列
LB 382(C)单段式
LB 382(C)多段式
5
封闭式直线光栅尺尺寸
HCN 2008
6
封闭式直线光栅尺读数头安装尺寸
HCN 2008
Linear encoder LC 1x3, LS 1x7 LC 4x3, LS 4x7
25
接口信号和电缆接头
HCN 2008
LS 187和LS 487的标准化连接
LC 1x3 和LC 4x3的标准化连接
增量式信号
信号类型 11 µApp 1 Vpp 12 针M23接头 15 针D-Sub TTL
绝对式信号
EnDat 不带增量信号 8针 EnDat 带增量信号 17针 FANUC 并行串口 20针 Mitsubishi 高速串口 20针
14
HCN 2008
15
HCN 2008
•封闭式直线光栅尺概览
16
海德汉封闭式直线光栅尺的命名
LS 1 8 7 C
参考点选择 None:选择参考点 C： 按距离编码的参考点 F： FANUC系统接口 M： MITSUBISH 系统接口 光栅尺机械结构 电子输出信号 0：11uAss 2: TTL不带细分 7: TTL带5/10 细分 光栅尺类型：1~9 扫描原理与测量标准 S:标准型 F:精密型 B:钢带式 C:绝对式
33
细分误差对工件质量的影响
HCN 2008
细分误差直接影响工件表面质量
A: 细分误差为±0.4 µ m的位置编码器 B, C: 细分误差为±1 µm的位置编码器
34
HCN 2008
•光栅尺的测量速度
35
直线光栅尺的测量速度
■ 测量速度的计算
HCN 2008
Vmax= fmax SP 60 10-3
LC LF
LC 400 LC 100 LF 481 LF 183 LS 487 LS 187
LS
LS 477 LS 177
TTL 未锁定
28
1 Vpp→ TTL
■
HCN 2008
细分和数字化电子电路IBV 和APE可细分 HEIDENHAIN编码器的正弦输出信号1 Vpp，细分倍数达400 倍，细分后的信号为TTL方波脉冲信号。
IBV 101 输入信号 编码器输入 编码器输出 1 Vpp 12针M23 法兰座 12针M23 法兰座/12针M23 接头 25倍 细分倍数 5倍 10倍 25倍 50倍 100倍 1倍 2倍 50倍 100倍 200倍 400倍 ■ 2路TTL 方波脉冲信号Ua1和Ua2及其反相信号 输出信号 APE 371 电源 ■ 参考脉冲Ua0及其反相信号 ■ 故障监测信号ŪaS ■ 极限和报警信号H，L（APE 371） 5V ± 5% 15芯D-Sub接头 / 9针M2 接头 15芯D-Sub接头 5倍 10倍 20倍 25倍 50倍 100倍 IBV 102 IBV 600 IBV 606 IBV 660 APE 371
信号周期 细分误差（约值） 0.08 µm 0.2 µm 0.2 µm 0.8 µm
LF LC LS LB
32
4µ m 20 µm 20 µm 40 µm
细分误差对驱动系统的影响
HCN 2008
细分误差增加电机内部电流，产生额外噪 声和震动，甚至热量。使得电机及传动部 件的寿命缩短。
带有直线光栅尺的直接驱动的电机电流 A: 小的细分误差（光学编码器） B: 大的细分误差（磁电编码器）