首页 > 技术专区

光栅尺位移传感器(简称光栅尺)
光栅尺位移传感器(简称光栅尺)
磁栅尺​-光栅尺分别作用
磁栅尺-光栅尺分别作用
信和KA300光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器K
信和KA300光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器K
信和KA300光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器K
信和KA300光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器K
光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器
光栅尺锣铣床镗车磨床线切割光栅尺数显表电子尺显示器
绝对式光栅尺的用途与基本原理
绝对式光栅尺的用途：绝对式光栅尺是数控机床进给轴闭环控制的最佳选择。安装有绝对式光播尺的机床或生产线，在重新开机后无需执行参考点回零操作，就立刻重新获得各个轴的当前绝对位置值以及刀具的空间指向，因此可以马上从中断处开始继续原来的加工程序，大大地提高了数控机床的有效加工时间; 并对重要部件的状态进行实时监控，提高机床的可靠性; 另外，还可以在任何时间确定机床运动部件所处的位置，通过在数控系统中作相应的设置可以省去行程开关，提高了机床使用时的安全性。在全闭环的高档数控系统中已经普遍使用绝对式光栅尺。配备数显表可用于非数控的手动机床加工的数字显示。同时具备增量测量与绝对测量两种功能，使加工定位更为简单准确。开机时或者断电后，重启动后，无需执行参考点回零操作，就立刻重新获得各个轴的当前绝对位置值。是特种用途机床、专用机床、影像仪及其它自动化生产设备直线位置显示与控制的功能部件。配合直线电机使用。直线电机配用光栅尺作为位置控制单元和速度控制单元，实现实时控制，是直线驱动伺服功能的基础。采用绝对式光栅尺使直线电机移动位置值实现了高效、可靠和具有诊断功能的传输。绝对式光栅尺的基本原理：销售热线：13814988065JC系列绝对式光栅尺采用玻璃材质的标尺光播作为位置测量基准，标尺光栅上刻有两个码道: 绝对码道和增量码道。绝对码道将不同宽度和不同间距的栅线以绝对位置数据用编码形式直接制作到标尺光栅上用来确定绝对粗位置; 增量码道采用周期性的光栅刻线，形成的增量信号通过高细分，用来决定光播的精度和分辨力。两个码道测量值的结合，形成最终的绝对位置测量值。两个码道的信号采用同一光源照射，专用光电器件接收。
如何解决磁栅尺接PLC中干扰问题
磁栅尺是一种新型传感器可以用在很多领域，随着工业的发展。使用领域更多了，不同的设备所安装也不同，经常会遇到不同的问题。在遇到的问题中，干扰是一个很头疼的问题。干扰一般出现在哪些情况当中呢？干扰一般会是哪种现象，一般当我们磁栅尺接到PLC的时候，在我们设备没有移动的情况下，我们可以看到磁栅尺的脉冲或数字不停的递加，这种就是干扰造成的，哪么我们要怎么样来解决这种现象或避免这样的情况出现呢。一、当我们安装磁栅尺时，尽可能的远离磁场和高电流区域， 二、我们走线时，尽可能的不要在间区域和其它电器的线做成压三排的形式，做到每支磁栅尺独立的走线，这样尽可能的避免干扰出现。三、当我们遇到干扰源时，从各个角度来找原因，看看是不是我们走线的过程中，信号线和大功率的电器走在一起。如果以上都没解决，可以把0V电源和屏蔽层接在一起。还有各个厂家读头抗干扰的性能也不相同！ PLC专用磁栅尺
光栅尺与PLC如何配合使用

一、 结构和工作原理

光栅尺由有标尺光栅（尺体）和读数头两部分组成。尺体装在移动部件上，读数头装在固定部件上。也有人把读数头装在移动部件上（针对尺体移动不方便的情况），测量效果是一样的，不一样的是信号线移动不方便。

尺体移动就是一对光栅中的主光栅（标尺光栅）和副光栅（指示光栅）进行相对位移，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹（莫尔条纹）。经过光电器件使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过电路的放大和整形后，得到两个相位差90度的正弦波或方波信号A和B。正弦波或方波的周期数与移动距离成正比。尺体正向移动时，A信号超前B信号90度，尺体反向移动时，A信号滞后B信号90度。有些光栅尺还输出一个Z信号（回零信号）。

二、 栅距和分辨率

等距的密集线纹，利用光的透射现象形成光栅，线纹的间距称为栅距。以栅距20um（50线/mm）为例，假设不用其它措施，尺体每移动20um，读数头就输出一个周期信号，输出10个周期信号，表示移动了200um。栅距越小，测量精度越高，成本越高。在保持栅距不变的情况下，把输出的周期信号进行4倍细分处理，那么每移动20um，就输出4个周期信号，每个周期信号表示移动5um。厂商就称呼这个光栅尺的分辨率是5um，但这个5um并不是指栅距是5um。如果尺体移动距离低于20um，不管是多少细分处理，结果是输出0个周期信号。

三、 供电方式和输出信号

供电方式常见的有直流5V和24V两种。为了方便与PLC配套使用，最好选择24V供电的。

光栅尺的输出信号多数是方波信号，常见的有两种：一种是TTL电平信号，另一种是RS422差分信号。有些厂商还能订做集电极开路输出信号（NPN和PNP两种）。对于PLC来说，不是所有信号都适用。PLC的主单元和高速计数模块（如FX2N-1HC、FX3U-2HC、FX3U-4HSX-ADP和CC-Link计数模块AJ65BT-D62等等）可以直接接收集电极开路输出信号，集电极开路输出说白了，就是电子开关。高电平表示开关导通，低电平表示开关截止。可以接通直流电路。与集电极开路输出的旋转编码器的连接方法没有区别。NPN型与PNP型的区别：开关导通时，NPN型的电流方向是从集电极流向发射极。PNP型的电流方向是从发射极流向集电极。

TTL电平信号输出可以用于单片机或DSP，但不能直接用于PLC。需要加一个直流电子开关模块（淘宝网有售），把TTL电平信号转换成集电极开路输出信号。对于低速移动部件，几乎没什么影响。但对于高速移动的部件，这会带来信号的延迟，甚至周期信号的丢失。

RS422差分信号的特点是，输出A、A反相、B、B反相等4个信号。有些还能输出Z和Z反相信号。这种输出方式，可以利用两个反相信号来抵消外界的电磁干扰，特别适用于干扰恶劣的环境。PLC主单元和部分高速计数模块（如FX2N-1HC、AJ65BT-D62）不能直接接收RS422信号，需要加一个差分信号转集电极开路输出模块（淘宝网有售），把差分信号转集电极开路输出信号。这种转换接收方式所带来的问题，与TTL电平信号转换接收是一样的。有些高速计数模块（FX3U-2HC、AJ65BT-D62D、AJ65BT-D62-S1等）能够直接接收RS422差分信号。

PLC主单元有外部高速计数输入端口和内置高速计数器，可用于处理光栅尺的信号。这是不是说高速计数模块就没用呢？答案是否定的。PLC主单元处理信号频率不如高速计数模块。FX2N系列接收单相信号最高60KHz，接收2相信号最高30KHz。如果使用专用比较指令，单相最高10KHz，2相信号最高5KHz。FX3U系列接收单相信号最高100KHz，接收2相信号最高50KHz。如果使用专用指令，最高不会超过60KHz。而很多高速计数模块，可以处理单相信号最高200KHz，2相信号最高100KHz。这几乎是主单元的两倍。

我们可以计算一下，以FX3U主单元为例，假设接收2相信号（因为很多情况要根据相位差来判断部件移动方向），不使用专用指令（编程难度加大），最高响应频率是50KHz，表示每秒可以接收50000个脉冲信号，假设使用栅距为20um的光栅尺，移动一个栅距，输出一个脉冲。那么50000×20um＝1000mm。这就是说，部件移动速度最高不得超过1000mm/s。如果使用的光栅尺的分辨率是5um，每移动20um就输出4个脉冲，部件移动速度最高不得超过250mm/s。如果要使用专用指令，移动速度还得进一步降低。上述分析计算是在理论状态下进行的。实际中，还要考虑PLC主单元处理高频信号的失真、丢失计数量、程序循环执行引起的响应延迟等情况。另外，在工业生产环境中，最好使用RS422差分信号，保证系统的抗干扰能力。而PLC主单元是不能直接接收RS422差分信号。

直接输出4-20ma电流量（或其他模拟量），可作为plc中的模拟量处理。 光栅尺输出a、b、ri三个ttl信号，每个信号的驱动能力一般大于10ma。

光栅尺的输出信号多为方波信号。常见的有两种：一种是ttl电平信号，一种是rs422差分信号。一些制造商还可以定制集电极开路输出信号（npn 和 pnp）。对于 plc，并非所有信号都适用。 plc的主机和高速计数模块可以直接接收集电极开路输出信号。

ttl电平信号输出可用于单片机或dsp，不能直接用于plc。需要加装直流电子开关模块，将ttl电平信号转换为集电极开路输出信号。对于低速运动部件，几乎没有影响。但对于高速运动的部件，这会造成信号延迟，甚至丢失周期信号。

光栅尺位移量和脉冲数关系如下：

0.005mm分辨率光栅尺：一个脉冲20μ

0.001mm分辨率光栅尺：一个脉冲4μ

0.0005mm分辨率光栅尺：一个脉冲2μ

光栅尺连接PLC的过程其实就是PLC读取光栅尺输出的脉冲信号，PLC的计数器（高速计数模块）采集光栅尺的脉冲数转换为位移量。

关于计数方向的判断是由光栅尺A、B两路信号输出具有90度的相位差来判断光栅尺的位移方向。

1、PLC光栅尺采用优质的PU材料制造出耐油、高弹性及抗老化胶封。由工程师精心设计出*的闭合角度和zui适中的软硬度,保证*的密封性能和zui少的磨擦阻力。

2、读数头滑动部分结构采用已被验证为zui可靠耐用的五轴承设计,采用耐用的高精度五轴承系统设计,保证光学机械系统的稳定性,优异的重复定位性和高等级测量精度。

3、采用美国Honeywell公司的高效能AIGaAs红外线发光管为光源。讯号强而稳定,可靠性高。

4、弹簧的几何设计经过精确详细的力学模型分析,并采用高级德国制弹簧钢材制造。确保光学感应系统就是在高速的移动情下,仍能紧贴在光栅尺上无跳动地滑行。

用途:
主要应用于直线移动导轨机构,可实现移动量的精确显示和自动控制,广泛应用于机床加工和仪器的精密测量。可供不同规格的各类机床、仪器数字化改造选用,还可根据用户的特殊需要进行特殊制作。

技术参数：

光栅尺接PLC，一般光栅尺接在PLC的高速计数模块上，光栅尺的栅距0.02mm,每一个栅距发出一个脉冲，如果光栅尺的分辨率为0.005mm，么经过PLC四倍频后得出mm/250个脉冲。0.001mm的光栅尺mm/1000个脉冲。

1、量程：50-3000mm
2、分辨率：0.2u----25u
3、电源电压：5V----24V
4、输出信号:TTL方波、HTL方波（12V、15V、24V）、RS422信号、正弦电压信号1Vp-p
栅距：0.02mm（50线对/mm）、0.04mm（25线对/mm）
精度：±0.008mm、±0.01mm、±0.015mm、（20℃ 1000mm）
参考标记：间隔25mm、间隔50mm、间隔100mm、间隔200mm、或全量程任意位置设一个位置参考点（ABS）
量程：1000mm以内任意选择
响应速度：25m/min、 60m/min
工作温度：0-45℃
存储温度：-40℃-55℃

1：增量式光栅测量系统

增量式光栅的测量原理是将光源透射过一个光栅尺运动副两光栅尺相对运动时可形成摩尔条纹，对此摩尔条纹进行计数、细分，得到周期内的位移变化量，并通过在光栅上设定的参考点来确定整周期的绝对位置，在增量式光栅位移测量系统中应先设定一个参考点，这个参考点标记为零位，绝对位移量则是通过对参考点的相对位移累加获得的。在一个信号周期内细分后所得到的是周期内的绝对测量值，超过一个信号周期外则是相对参考点的相对测量值，需要将周期内的绝对位移加上周期外的相对位移，才能得出最终的绝对位移量。

增量式光栅传感器具有结构简单、机械平均寿命长、可靠性高、抗干扰能力强、传输距离远、精度较高、成本低等优点。但增量式光栅传感器也具有不足，增量式光栅传总器只能输出轴转动的相对位置，每次断电或者重新开机时需要设定参考点，同时信号处理方式存在一定的细分误差。

2：绝对式光栅测量系统

绝对式光栅的测量原理是将输出信息与位置信息一一对应，每一位置给出的是一种特定的二进制编码，该编码是唯一的，与其他位置无关，在主光棚尺上将此位省编码刻划成 系列码道.

读数头通过读取编码便可以确定绝对位置。平行光束透射过测量光栅，每一码道对应一组明暗信号，明暗信号对应于相应的二进制码，四组光电接收器的信号组成了绝对位置唯一的二进制编码，通过软件对编码进行解调便可得到相应的绝对位置。

绝对式光栅传感器重新开机后直接就可以获得绝对位置。不需要执行参考点回零操作，而且位置的计算是在该数头中完成，不需要后续的细分电路，简化了控制系统的设计，提高了系统的可靠性和工作效率，绝对式光栅尺的关键技术问题是如何对光栅尺进行位置编码和译码，现市面上很多采用多码道编码，提高了制作成本，制作工艺标准也比增量式光栅高很多。

3：国内外现状及产品

日前国外的生产企业主要有德国的海德汉公司、西班牙的发格公司、日本的三丰公司和英国的雷尼绍公司等等：其中德国海德汉公司的以生产高精度、高质量的光栅位移传感器而著称世界，其产品接近全世界总产量的半数，是光栅测量行业的领跑者。而国内主要的生产企业：长春光机所、贵阳新天、青岛榕树光学、广州信和与廊坊莱格等等

随着现代制造业的飞速发展，数控机床的应用越来越广泛，同时数控机床的定位精度和重复定位精度也在不断提高。满足用户的需求。半闭环控制系统无法控制机床传动机构产生的传动误差、传动机构在高速运转时产生的热变形误差、传动系统在高速运转时磨损引起的误差。加工过程中，这些误差已经严重影响了数控机床的加工精度。及其稳定性。直线光栅尺对数控机床各直线坐标轴进行全闭环控制，消除了上述误差，提高了机床的定位精度、重复定位精度和精度可靠性。作为提高数控机床定位精度的关键部件，越来越受到用户的青睐。

下面讨论线性光栅尺的选择、安装工具的设计、安装、数控系统参数的调整。可能有一些不足之处，欢迎广大读者不吝赐教。

1. 线性光栅尺选择

(1) 正确等级的选择数控机床配置线性光栅尺是为了提高线性坐标轴的定值精度和重定位精度，所以光栅尺的正确等级是首要考虑的，光栅尺正确性等级为±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm和±0.02mm。在设计数控机床时，我们根据设计精度要求选择精度等级。值得注意的是，选择高精度光栅尺时应考虑光栅尺的热性能。光栅尺的分划板载体的热膨胀系数与机床光栅尺的安装座的热膨胀系数一致，以克服因温度引起的热变形。

的此外，光栅尺的最高移动速度可达120m/min，完全可以满足数控机床的设计要求。所需的长度。

(2) 测量方法光栅尺的选择：光栅尺的测量方法分为增量式光栅尺和绝对式光栅尺两种。所谓增量光栅尺就是光栅扫描头通过读出到初始点的相对运动，为了得到绝对位置，这个初始点必须刻在光栅尺的刻度上作为参考标记，因此开机时必须返回参考点进行位置控制。绝对型光栅尺利用闪烁的不同宽度和不同距离的网格线以编码形式直接在光栅上产生绝对位置数据，后续电子设备在光栅尺通电时即可获取位置信息，无需移动坐标轴找到参考点的位置，绝对位置值直接从光栅线上得到。

绝对类型光栅尺比增量类型光栅尺贵约 20%。机床设计者一般选择增量式光栅尺是因为数控机床性价比高，既能保证机床运动精度，又能降低机床成本。但是绝对型光栅尺的优点是启动后不需要返回参考点，这是增量型光栅尺无法比拟的。机床关机或断电后，机床可以直接从中断的地方执行加工程序。时间可以提高生产力并减少零件报废。因此，在生产周期要求或多台数控机床组成的自动生产线中选择绝对型光栅尺最为理想。

(3) 输出信号的选择光栅尺的输出信号分为电流正弦波信号、电压正弦波信号、ttl转矩有四种波形信号和ttl差分方波信号。 光栅尺输出信号的波形虽然对数控机床直线坐标轴的定位精度和重复性没有影响，但必须与数控机床系统相匹配。如果输出信号波形与数控机床系统不匹配，导致机床系统输出信号光栅尺，反馈信息，对直线坐标轴全闭环控制的补偿误差机床。在实际应用中，输出信号的波形与数控机床系统不匹配是事实，但是有办法处理这种情况，只要在输出信号和机床系统之间安装一个数字电子设备，很容易解决。