光栅与编码器介绍

电转换电路和后续的数字化插补电路要求频率特性好，才能保证测量速度大。

Heidenhain有专门为光栅传感器和CNC相联结设计了光栅倍频器，也就是将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给出相位相差90°的方波，其细分数（倍频数）有5、10、25、50、100、200和400，再考虑到数控系统的4倍频后对栅距的细分数有20、40、100、200、400、800和1600，能实现测量步距从1nm到5μm，倍频数选择取决于光栅信号一个栅距周期的质量。随着倍频数的增加光栅传感器的输出频率要下降，倍频器的倍频细分数和输入频率的关系见表3。

表3 倍频器的倍频细分和输入频率

倍频细分数：0－2－10－25－50－100－200－400

输入频率（KHz）：600－500－200－100－50－25－12.5－6.25

选择不同的倍频数可以得到不同的测量步距。在Heidenhain的数显表中可以设置15种之多的倍频数，最高频数可达1024，即1、2、4、5、10、20、40、50、64、80、100、128、200、400、1024。在微机上用的数量卡最大倍频数可到4096。

3.光栅的参考标记和绝对座标

（1）光栅绝对位置的确立

光栅是增量测量，光栅尺的绝对位置是利用参考标记（零位）确定。参考标记信号的宽度和光栅一个栅距的信号周期一致，经后续电路处理后参考信号的脉冲宽度和系统一个测量步距一致。为了缩短回零位的距离，Heidenhain设计了在测量全长内按距离编码的参考标记，每当经过两个参考标记后就可以确定光栅尺的绝对位置，例如栅距为4μm和20μm的光栅尺扫描单元相对于标尺移动20mm后就可确定绝对位置，栅距为40μm的光栅尺要移动80mm才能确定绝对位置。

（2）绝对坐标传感器

为了在任何时刻测量到绝对位置，Heidenhain设计制造了LC系列绝对光栅尺，它是用七个增量码道得到绝对位置，每个码道是不同的，刻线最细码道的栅距有两种，一种是16μm，另一种是20μm，其分辨力都可为0.1μm，准确度±3μm。测量长度可达3m，最大速度120m/min。它所采用的是光电扫描原理和常用的透射光栅一样，是具有四场扫描的影像测量原理。

4.光栅的载体和热性能

光栅尺是在20°±0.1℃环境中制造，光栅的热性能直接影响到测量精度，在使用上光栅尺的热性能最好和测量的对象的热性能一致。考虑到不同的使用环境，Heidenhain光栅尺刻度的载体具有不同的热膨胀系数。现用的材料有玻璃、钢和零膨胀的玻璃陶瓷。普通玻璃的膨胀系数为8ppm/K，钢为10ppm/K，现在Heidenhain已采用了和钢一样膨胀系数的玻璃。这些材料对振动、冲击不敏感，具有确定的热特性，并对气压和湿度的变化也不会有影响。对测量长度在3m以下的光栅尺载体材料都是用玻璃、玻璃陶瓷和钢，超过3m以上则用钢带。通过对标尺载体所用材料和相应结构的选择，使光栅尺与被测对象的热性能有最佳的匹配。

5．信号处理

此外在信号处理、测量电路中，用到了触发器、计数器等多种数字集成电路，测量分辨率为光栅栅距W。目前，计量用光栅尺的刻线一般为每毫米50~250线，对应的栅距W为20~4μm ，在精密测量中往往不能满足要求，需要进行曲细分。如果同时考虑A、90度信号上升沿和下降沿的各种情况，就可以实现信号四细分，其主要电路有：细分辨向、计数和接口电路等，以上功能可以由通用数字集成电路来完成。

6．西门子参数设置

30200是编码器的数量；31000=1表示是光栅尺。

30240{0}=1 30240{1}=0

注意：电机编码器不能屏蔽，否则没法动了。

如果想让电机编码器做位置反馈，直接置位DB3*.DBX1.5就行，因为光栅尺一般都作为第二反馈，即用DB3*.DBX1.6激活。但如果DBX1.5和DBX1.6同时生效，第一测量系统起作用。

但是上面做法的前提是PLC程序中没有处理DBX1.5,否则你无法置位。

脉冲编码器介绍

我们目前生产和使用的数控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。

1、 脉冲编码器概念

脉冲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。缺点是抗污染能力差，容易损坏。按其编码化方式，可分为增量式和绝对值式。

1）增量式编码器

增量式编码器工作原理

增量式编码器工作原理，E为等节距的辐射状透光窄缝圆盘，Q1、Q2

为光源，Da、Db、Dc为光电元件（光敏二极管或光电池），Da与Db错开90度相位角安装。当圆盘旋转一个节距时，在光源照射下，