光电编码器在数控加工机床中的应用

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1、光电编码器在数控机床中的应用探究（中原工学院机电学院，河南郑州450007）摘要：在对数控机床功能需求分析的基础上，将光电编码器进行工艺性和实用性分析，证明其在数控加工的应用是符合功能要求的。关键词：光电编码器；数控机床；检测元件Abstract:：Themanufacturabilityandpracticalapplicabilityanalysisofphotoelectricencodewasbasedontheanalysisofnumericalcontrolmachine’sdemand.Wecan

2、proveitsuseisverysuccessful.Keywords：photoelectricencode;numericalcontrolmachine;detectingelement—————————————————数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，而实现其安全可靠的运行需要精确的检测和控制，本文在对数控机床功能需求分析的基础上，将光电编码器进行工艺性和实用性分析，验证其使用的可靠性。1.数控机床对检测元件的功能需求数控机床作为一种生产设备，依靠其高精度、高效率的加工优势，在我国的应用已日趋广泛

3、。数控机床要实现其安全、可靠的运行，离不开各种各样的检测元件。检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量。直接测量，就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。位置检测装置是数控机床的重要组成部分，

4、其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。2．光电编码器的实用性分析光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子

5、元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。图1光电编码器的工作原理2.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优

6、点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。[1]图2增量式光电编码器2.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器

7、，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。图3绝对式光电编码器目前生产和使用的机床大多采用的是半闭环控制方式。大多数的系统生产厂家，均将位置编码器内置于驱动电机端部，间接测量执行部件的实际位置或位移。光电编码器是一种光学式位置检测元件，编码盘直接装在电机的旋转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲。这种检测方式的特点，是非接触式的，无摩擦和磨损，驱动力矩小，响应速度快。而缺点是抗污染能力差

8、，容易损坏。3．光电编码器在数控机床中的应用增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数器来知道其位置。当编码器停电时，存放在缓冲器或外部计数器中的数值将丢失。这说明如果机床因下班或维修而被迫关机时，重新启动后，编码器将无法知道其确切位置。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，缓冲器或计数器被清零，数控系统才知道确切的位置。在回过参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此