光栅尺信号与接口
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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；
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
-3-
光栅尺技术指标(1) ---- 光栅尺分类
2、正弦波信号：也称为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。
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
-5-
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
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。
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
-9-
光栅尺的选择
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。
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
-6-
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
-8-
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）
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
，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
-7-
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期 光栅尺的最小测量距离
0.5um / 1um 4倍频/512倍频
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
20um 20um / 4um
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。
Leabharlann Baidu
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
-2-
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。
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光栅尺。
机床用光栅尺按照测量方法分类： ①增量式光栅尺、②绝对式光栅尺、③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
光栅尺信号与接口
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
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）。
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
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
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
-10-
来确定机床零点坐标。
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
-4-
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。
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；
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
-3-
光栅尺技术指标(1) ---- 光栅尺分类
2、正弦波信号：也称为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。
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
-5-
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
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。
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
-9-
光栅尺的选择
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。
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
-6-
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
-8-
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）
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
，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
-7-
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期 光栅尺的最小测量距离
0.5um / 1um 4倍频/512倍频
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
20um 20um / 4um
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。
Leabharlann Baidu
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
-2-
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。
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光栅尺。
机床用光栅尺按照测量方法分类： ①增量式光栅尺、②绝对式光栅尺、③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
光栅尺信号与接口
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
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）。
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
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
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
-10-
来确定机床零点坐标。
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
-4-
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。