數(shù)控檢測技術(shù)

1、1 數(shù)控檢測技術(shù)2索索 引引n第十講n第11講n第12講n第13講34.1 概 述 組成：位置測量裝置是由檢測元件（傳感器）和信號處理裝置組成的。 作用：實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號，并變換成位置控制單元所要求的信號形式，將運動部件實際位置反饋到位置控制單元，以實施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，在設(shè)計數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。44.1.1 檢測裝置的分類 數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移位移、速度速度和和電流電流三種類型。三種類型。

2、 安裝的位置及耦合方式安裝的位置及耦合方式直接測量直接測量和和間接測量間接測量； 測量方法測量方法 增量型增量型和和絕對型絕對型; ; 檢測信號的類型檢測信號的類型 模擬式模擬式和和數(shù)字式數(shù)字式； 運動型式運動型式 回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型和和直線型直線型； 信號轉(zhuǎn)換的原理信號轉(zhuǎn)換的原理 光電效應(yīng)、光柵效應(yīng)、光電效應(yīng)、光柵效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理、電磁感應(yīng)原理、 壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)等。等。5表41 數(shù)控機床檢測裝置分類 分 類 增 量 式 絕 對 式 位移傳感器 回轉(zhuǎn)型脈沖編碼器、自整角機 、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器 、光柵角度傳感器 、圓光柵、圓磁柵 多極旋轉(zhuǎn)變壓器 、絕

3、對脈沖編碼器 絕對值式光柵 、 三速圓感應(yīng)同步器 、磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器 直線型直線應(yīng)同步器 、光柵尺、磁柵尺 、激光干涉儀 霍耳位置傳感器 三速感應(yīng)同步器 、絕對值磁尺、光電編碼尺 、磁性編碼器 速度傳感器 交、直流測速發(fā)電機 、 數(shù)字脈沖編碼式速度傳感器 、霍耳速度傳感器 速度、角度傳感器（Tachsyn）、數(shù)字電磁、磁敏式速度傳感器 電流傳感器 霍耳電流傳感器 6 傳感器的性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，主要如下。 1.精度 符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關(guān)系的準(zhǔn)確程度 稱作精度。高精度和高速實時測量。 2.分辨率 分辯率應(yīng)適應(yīng)機床精度和伺服系統(tǒng)的要求。 3.靈敏度 靈敏度高、一致。

4、4.遲滯 對某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反行程的 輸出量的不一致，稱為遲滯。遲滯小。 5.測量范圍和量程 6.零漂與溫漂 其它： 可靠，抗干擾性強、使用維護方便、成本低等。 4.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標(biāo)及要求 74.2 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖圖5 51 1 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意1分解器定子線圈；2分解器轉(zhuǎn)子線圈；3轉(zhuǎn)子軸；4分解器轉(zhuǎn)子；5分解器定子；6變壓器定子；7變壓器轉(zhuǎn)子；8變壓器一次線圈；9變壓器二次線圈8l旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）簡稱旋變，又稱作解算器或分解器。l分類：有電刷、集電環(huán)結(jié)構(gòu)和無刷結(jié)構(gòu)l工作原理：互感原理 4.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

5、定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子S S1R1S S2S S3S S4R2R3R49 圖3-6 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理(a) (b) (c) 20(90 )E2sincosEKtVm2sin(0 )EKtVm 10l 設(shè)加到分解器定子繞組的激磁電壓為V1=Vmsin t，通過電磁耦合，分解器轉(zhuǎn)子繞組將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E2。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸與定子繞組的磁軸相互垂直時，定子繞組磁通不穿過轉(zhuǎn)子繞組，所以轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢E2=0，如圖4-2(a)所示. 11l當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過 時，由于兩磁軸平行，此時轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢為最大，l即E2=KVmsin t，如圖4-2(c)所示. 09012l轉(zhuǎn)子繞組因定子

6、磁通變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：21cossincosmEKVKVt式中： E2轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢； V1定子繞組勵磁電壓，V1=KVmsin t； Vm電壓信號幅值； 定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角； K變壓比(即繞組匝數(shù)比)。顯然，當(dāng) 一定時，E2為一等幅余弦波，測得余正弦波的峰值，即可求出轉(zhuǎn)角 的大小。13激磁輸出tttU圖4.3 旋轉(zhuǎn)變壓器波形圖2E14 4.2 2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 VSVS1.鑒相方式 鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式。 sinSmVVtcosCmVVt兩相正交繞組分別通以幅值相等、頻率相同，而相位相差的正弦交變電壓： 09

7、015圖4.4 定子兩相繞組勵磁162sincossinsincoscoscos(- ) SCmmmEKVKVKVtKVtKVt根據(jù)線性疊加原理，在轉(zhuǎn)子工作繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢應(yīng)為這兩相磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之和，即為：17l由上式可見，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢與定子繞組中的激磁電壓同頻率，但相位不同，其差值為。而正是被測位移，故通過比較感應(yīng)電勢與定子激磁電壓信號的相位，便可求出。 182.鑒幅方式 VS鑒幅式工作方式是通過對旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢幅值的檢測來實現(xiàn)位移檢測的。 定子的兩相正交繞組，分別通以頻率和相位都相等、幅值分別按正弦和余弦變化的激磁交流電壓 。sinsinSm

8、VVtcossinCmVVt192sincos sinsinsinsincoscos cos(- )sin SCmmmEKVKVKVtKVtKVt sinmVcosmV根據(jù)線性疊加原理，轉(zhuǎn)子工作繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：式中:機械角，是定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角；電氣角，激磁交流電壓信號的相位角；其可調(diào)節(jié)修正分別為定子兩個繞組的幅值。20對于旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，要注意兩個問題對于旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，要注意兩個問題：(1)在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周時，轉(zhuǎn)子輸出電壓將隨旋轉(zhuǎn)變壓器的極數(shù)不同，不只一次的通過零零點點，容易引起混淆。必須在線路中加相敏檢波器來辨別轉(zhuǎn)換點，或限制旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子在小于半周期內(nèi)工作；(2)由于普

9、通旋轉(zhuǎn)變壓器屬增量式測量，如果轉(zhuǎn)子直接接絲杠，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，僅相當(dāng)于工作臺一個絲杠導(dǎo)程的直線位移，不能不能反映全行程反映全行程。因此，在數(shù)控機床中，要檢測工作臺的絕對位置，需要增加一個絕對位置計數(shù)器，與旋轉(zhuǎn)變壓器配合使用。21l第第1111講講返回首頁22感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 l(1)直線式感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件，按其結(jié)構(gòu)和測量對象的特點可分為直線式直線式和旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式兩種，前者用于測量直線位移，后者用于角位移測量。 直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成由定尺和滑尺組成，定尺與滑尺之間有均勻的氣隙。直線式感應(yīng)同步器是直線條形，它由基板、絕緣層、繞組及屏蔽層組成。 23圖4-

10、8 直線式感應(yīng)同步器1基板；2絕緣層；3繞組；4屏蔽層24圖3-9 定尺與滑尺繞組(a)定尺繞組 (b)滑尺繞組25l考慮到接長和安裝，通常定尺繞組做成連續(xù)式的單相繞組，滑尺繞組做成分段式的兩相正交繞組，如圖3-9所示。ss為正弦繞組，cc為余弦繞組，定尺與滑尺之間的間隙為0.3mm左右。定尺比滑尺長，其中被全部滑尺繞組所覆蓋的定尺有效導(dǎo)體數(shù)N稱為直線感應(yīng)同步器的極數(shù)。 26l定尺繞組中相鄰兩有效導(dǎo)體之間的距離稱為極距W2，滑尺繞組相鄰兩有效導(dǎo)體之間的距離為節(jié)距W1，一般都通稱為節(jié)距，用2表示，常取為2mm，節(jié)距代表了測量周期。繞組節(jié)距 ，其中a1、b1分別為導(dǎo)片寬度和間隙，滑尺的節(jié)距也可取

11、。 21112()WWab1223WW27l正弦與余弦兩繞組的中心距L1 為：l式中: n任意正整數(shù)。11()24nlW28l 直線式感應(yīng)同步器分為標(biāo)準(zhǔn)型、窄型、帶型和三重型。三重型結(jié)構(gòu)是在一根尺上有粗、中、精三種繞組，以便構(gòu)成絕對測量系統(tǒng)。 29旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器 l 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)，如圖4-7所示。定子、轉(zhuǎn)子都用不銹鋼、硬鋁合金等材料作基板，呈環(huán)形輻射狀。定子和轉(zhuǎn)子相對的一面均有導(dǎo)電繞組，繞組用厚0.05 mm銅箔構(gòu)成?；搴屠@組之間有絕緣層。繞組表面還要加一層和繞組絕緣的屏蔽層(材料為鋁箔或鋁膜)。 30圖4-8 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器繞組圖a)定子繞組(分)段式 b)轉(zhuǎn)

12、子繞組(連續(xù)式)31l 轉(zhuǎn)子繞組為連續(xù)繞組；定子上有兩相sin繞組和cos繞組正交繞組，做成分段式，兩相繞組交差分布，相差 電角度。屬于同一相的各相繞組用導(dǎo)線串聯(lián)起來 .09032圖4-7 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器1轉(zhuǎn)子基板；2轉(zhuǎn)子繞組；3定子繞組；4定子基板；5絕緣層；6屏蔽層334.3.3直線式感應(yīng)同步器的工作原理直線式感應(yīng)同步器的工作原理l 當(dāng)滑尺兩個繞組中的任一繞組通以激 磁交變電壓時，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組中會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。該感應(yīng)電勢的大小取決于定尺、滑尺的相對位置。感應(yīng)電勢的頻率與激勵信號的頻率相同，幅值由激勵信號的幅值和感應(yīng)同步器的物理結(jié)構(gòu)決定。 34圖4-9 直線式感應(yīng)同步器的工作原

13、理圖(a)定尺、滑尺繞組原理圖 (b)定尺繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢原理圖35l 當(dāng)滑尺繞組與定尺繞組完全重合時，定尺繞組感應(yīng)電勢為正向最大，如圖4-9(a)中所示的位置；如果滑尺相對定尺從重合處逐漸向右(或左)平行移動，感應(yīng)電勢就隨之逐漸減小 .36l在兩繞組剛好處于相差1/4節(jié)距的位置時，感應(yīng)電勢為零；滑尺向右移動到1/2節(jié)距位置時，感應(yīng)電勢為負(fù)向最大；當(dāng)?shù)竭_3/4節(jié)距位置時，又變?yōu)榱?；?dāng)?shù)竭_整節(jié)距位置時，感應(yīng)電勢又為正向最大。這時，滑尺移動了個節(jié)距(W = 2)，感應(yīng)電勢變化了一個周期(2)，呈余弦函數(shù)。37 當(dāng)設(shè)滑尺移動距離為x，則感應(yīng)電勢將以余弦函數(shù)變化相位角。 l令Vs表示滑尺上一相繞組的激

14、磁電壓:22xxsinSmVVt式中式中 VmVs的幅值。的幅值。382coscos sinSmEKVKVt式中式中 K變壓比。變壓比。則定尺繞組感應(yīng)電勢則定尺繞組感應(yīng)電勢E2為為:394.3.4感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用l(1)鑒相方式l在鑒相方式下，給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值相等、頻率相同、相位相差 的交流電壓，即l根據(jù)電磁感應(yīng)及疊加原理，激磁信號產(chǎn)生移動磁場，該激磁切割定尺導(dǎo)片感應(yīng)出電壓Vo為sincosSmCmVVtVVt2coscossinsincos()mmmEKVtKVtKVt090l由此可見，通過鑒別定尺輸出感應(yīng)電壓的相位，再由式(3-1)即測得滑尺相對于定尺

15、位移x。40放大濾波基準(zhǔn)信號發(fā)生器脈沖調(diào)相器鑒相器放大器激磁供電線路伺服電機速度控制單元滑尺定尺機床VsVc-x+xPAPB圖4.10 感應(yīng)同步器鑒相測量系統(tǒng)框圖41l(2)鑒幅方式l在鑒幅方式下，給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以相位相等、頻率相同，但幅值不同的交流電壓，即l式中 激磁電壓的給定相位角。sincoscoscosSmCmVVtVVt42l同理，在定尺繞組中感應(yīng)出電壓同理，在定尺繞組中感應(yīng)出電壓V0，為，為2sincoscoscoscossincos(sincoscossin )sin()cossin()cosmmmmmEKVtKVtKVtKVtKVxt 由此可見，在由此可見，在

16、給定時，只要測量出給定時，只要測量出V0的幅值的幅值KVmsin(-)，便可以得到，便可以得到，進而求得線位移。，進而求得線位移。 43具體實現(xiàn)原理是：具體實現(xiàn)原理是：l 若原始狀態(tài)=，則E2=0。然后滑尺相對定尺有一位移x，使變?yōu)?，則感應(yīng)電壓增加量為:l上式表明:l1、在x很小的情況下，E2與x成正比，也就是鑒別E2的幅值，即可測x的大小。l2、當(dāng)x較大時，通過改變，使=，使E2=0，根據(jù)可以確定從而確定x。2sin()cosmEKVxt 444.3.5 感應(yīng)同步器的安裝感應(yīng)同步器的安裝 (1)感應(yīng)同步器在安裝時必須保持兩尺平行、兩平面間的間隙約為0.250.05mm，傾斜度小于0.50，

17、裝配面波紋度在0.01mm250mm以內(nèi)。滑尺移動時，晃動的間隙及不平行度誤差的變化小于0.1mm。45l (2)感應(yīng)同步器大多裝在容易被切屑及切屑液浸入的地方，所以必須加以防護，否則切屑夾在間隙內(nèi)，會使滑尺和定尺的繞組刮傷或短路，使裝置發(fā)生誤動作及損壞。46l(3)同步回路中的阻抗和激磁電壓不對稱以及激磁電流失真度超過2，將對檢測精度產(chǎn)生很大的影響，因此在調(diào)整系統(tǒng)時，應(yīng)加以注意。l(4)由于感應(yīng)同步器感應(yīng)電勢低，阻抗低，所以加強屏蔽以防干擾。 47l第第1212講講返回首頁484.4 4.4 光柵傳感器光柵傳感器 4.4.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)光柵的類型和結(jié)構(gòu) 計量光柵可分為透射式光柵和反射式光

18、柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵。 光柵傳感器利用光柵的衍射現(xiàn)象，把光光柵傳感器利用光柵的衍射現(xiàn)象，把光柵應(yīng)用于光譜分析、測定光波的波長等方柵應(yīng)用于光譜分析、測定光波的波長等方面。面。49尺身尺身尺身安裝孔尺身安裝孔 反射式掃描頭反射式掃描頭 （與移動部件固定）（與移動部件固定）掃描頭安裝孔掃描頭安裝孔可移動電纜可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護罩的內(nèi)部為長磁柵防塵保護罩的內(nèi)部為長磁柵50掃描頭掃描頭（與移動部件固定）（與移動部件固定）光柵尺光柵尺可移動電纜可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）5152535

19、4直接測量示例 一、概述一、概述光柵55反射式光柵反射式光柵56透射式光柵透射式光柵57透射式圓光柵透射式圓光柵固定固定58莫爾條紋莫爾條紋演示演示59l 計量光柵實質(zhì)上是一種增量式編碼器，它是通過形成莫爾條紋、光電轉(zhuǎn)換、辨向和細(xì)化等環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)字計量的。l光柵的檢測精度較高，可達 以上。 m1604.4.2 計量光柵的工作原理計量光柵的工作原理l(1)光柵位置檢測裝置組成 光柵位置檢測裝置由光源Q、長光柵(標(biāo)尺光柵) G1、短光柵(指示光柵) G2、光電元件等組成，如圖4.14所示。圖3-13 光柵位置測量裝置組成61l(2)莫爾條紋的形成 長光柵G1若固定在機床不動件上，長度相當(dāng)工作臺移動的

20、全行程，短光柵G2則固定在機床移動部件上。長、短光柵保持一定間隙、重疊在一起并在自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)個很小角度， 圖3-14 莫爾條紋的形成62B稱為莫爾條紋的節(jié)距.l兩塊柵距W相等，黑白寬度相同的光柵，在沿線紋方向上保持一個很小的夾角，當(dāng)它們彼此平行相互接近時，由于遮光效應(yīng)或光的衍射作用，便在暗紋相交處形成多條亮帶。形成亮帶的間距B與線紋夾角的關(guān)系為:2sin2WWB63l莫爾條紋垂直于兩塊光柵線紋夾角的平分線，由于角很小，所以莫爾條紋近似垂直于光柵的線紋，故稱為橫向莫爾條紋。當(dāng)兩塊光柵沿著垂直于線紋的方向相對移動時，莫爾條紋沿著垂直于條紋的方向移動。移動的方向取決于兩塊光柵的夾角移動的方向取決于

21、兩塊光柵的夾角的方向的方向和相對移動的方向。和相對移動的方向。64莫爾條紋的移動有如下的規(guī)律：l1)若長光柵不動，將短光柵按逆時針方向轉(zhuǎn)將短光柵按逆時針方向轉(zhuǎn)過一個很小角度過一個很小角度(+)，然后使它向左移動，然后使它向左移動，則莫爾條紋向下移動則莫爾條紋向下移動；反之，當(dāng)短光柵向右移動莫爾條紋向上移動。l2)若將短光柵按順時針方向轉(zhuǎn)過一個小角度(-)時，則情況與(+)的情況相反。l柵距移動與莫爾條紋的移動的對應(yīng)關(guān)系，便于用光電元件(如硅光電池)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。65l(3)光柵位移-數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 如前所述，光柵的移動形成了莫爾條紋，又經(jīng)光電轉(zhuǎn)換成正弦電壓信號輸出。這樣的信號只能用只能用

22、于計數(shù)，而不能辨別方向。于計數(shù)，而不能辨別方向。實際應(yīng)用中，即要求有較高的檢測精度，又能辨別方向。為了達到這種要求，通常使用分頻電路實現(xiàn)。在此介紹一種廣泛應(yīng)用的四倍頻辨向電路工作原理 66莫爾條紋有以下特點：l 1放大作用l 當(dāng)W=0.01mm，=0.002rad=0.11時，B=5mm。節(jié)距是柵距的500倍，將很難看清的光柵線紋放大成清晰可見的莫爾條紋。這樣便于測量。l 2誤差均化作用l 莫爾條紋是由成百千根刻線共同形成的，這樣，使得柵距的誤差得到平均化。67l3利用莫爾條紋測量位移l 標(biāo)尺光柵相對指示光柵移動一個柵距，對應(yīng)莫爾條紋移動一個節(jié)距。利用這個特點就可測量位移：在光源對面的光柵尺背

23、后固定安裝光電元件，莫爾條紋移動一個節(jié)距，莫爾條紋明暗-明變化一周。光電元件接受的光強強-弱-強變化一周，輸出一個近似按正弦規(guī)律變化的信號，信號變化一周。根據(jù)信號的變化次數(shù)，就可測量位移量，移動了多少個柵距。68四倍頻細(xì)分判向原理四倍頻細(xì)分判向原理6970100sin(0)sinAAUUUtUUt200sin()cos2AAUUUtUUt300sin()sinAAUUUtUUt4003sin()cos2AAUUUtUUt71 莫爾條紋的細(xì)分技術(shù)：光學(xué)細(xì)分、機械細(xì)分和電子細(xì)分 4.4.2 光柵位移-數(shù)字變換電路 abcd插動放大插動放大整形整形方向辨別門電路可逆計數(shù)正脈沖反脈沖abcd插動放大插

24、動放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脈沖反向脈沖sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走72l 在光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，除上述四倍頻外，還有八倍頻、十倍頻、二十倍頻等。例如，刻線密度為100線/mm的光柵，十倍頻后，其最小讀數(shù)值為1m，可用于精密機床的測量。2022-1-2573莫爾條紋動畫設(shè)計74長光柵莫爾條紋播放動畫播放動畫75長光柵光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫76播放中播放中圓弧莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示播放動畫播放動畫77光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中78環(huán)形莫爾條紋播放動畫

25、播放動畫播放中播放中單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示79單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示輻射形莫爾條紋播放動畫播放動畫80l第第13講講返回首頁814.5 4.5 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器 4.5.1 4.5.1 脈沖編碼器的分類與結(jié)構(gòu)脈沖編碼器的分類與結(jié)構(gòu) 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，可作為位置檢測和速度檢測裝置。脈沖編碼器按讀取方式分為：光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式。脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等；1234567圖4.18 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)1-光源 2-圓光柵 3-指示光柵 4-光電

26、池組 5-機械部件 6-護罩 7-印刷電路板 82間接測量示例 工作臺絲杠編碼器步進電機一、概述一、概述83 利用編碼器測量伺服電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過伺服控制系統(tǒng)控制其各種運行參數(shù)。二、應(yīng)用二、應(yīng)用1 1、光電編碼器、光電編碼器在伺服電機中的應(yīng)用在伺服電機中的應(yīng)用842 2、光電編碼器、光電編碼器刀庫選刀控制中刀庫選刀控制中的應(yīng)用的應(yīng)用角編碼器的輸出為當(dāng)前刀具號85二、光電編碼器二、光電編碼器1 1、簡介：、簡介： 光電編碼器是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件，通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。 86轉(zhuǎn)軸碼盤及狹縫光敏元件批示光柵及辨向用的A

27、、B狹縫光源ABC零位標(biāo)志2 2、工作原理、工作原理87三增量式光電脈沖編碼器三增量式光電脈沖編碼器l 增量式光電脈沖編碼器亦稱光電碼盤、光電脈沖發(fā)生器等，是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，將被測軸的角位移角位移轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字脈沖數(shù)字。光電式編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低、精度易于保證等優(yōu)點，在數(shù)控機床上既可用做角位移檢測，也可用作角速度檢測 .881)增量式光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)圖3-17 增量式光電脈沖編碼器的原理圖892)增量式光電脈沖編碼器的工作原理 l當(dāng)光電盤隨軸一起轉(zhuǎn)動時，在光源的照射下，透過光欄板的狹縫形成明暗交錯的光信號（近似于正弦信號），光敏元件把此光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理電路進行整

28、形、放大后變成脈沖信號，通過計量脈沖的數(shù)量，通過計量脈沖的數(shù)量，即可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，通過計量脈沖即可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，通過計量脈沖的頻率，即可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。的頻率，即可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。 90 t 節(jié)距節(jié)距PAB90 90 圖4.23 光電脈沖編碼器的輸出波形 91提高光電碼盤的分辨率:l(1)提高光電盤圓周的等分狹縫的密度； 該方法，實際上是使光電盤的狹縫變成了圓光柵線紋，通過減小柵距增加線紋條數(shù)提高分辨率。92提高光電碼盤的分辨率:l(2)增加光電盤的發(fā)信通道。 該方法，使盤上不僅只有一圈透光狹縫，而是有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫（亦稱碼道），光電盤回轉(zhuǎn)一周，使發(fā)出的脈沖信號增多，分辨率提高

29、。933)增量式光電脈沖編碼器的特點l優(yōu)點:沒有接觸磨損，使用壽命長，允許轉(zhuǎn)速高，檢測精度高。l缺點:是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源的壽命有限。而就碼盤的材料而言，薄鋼板或鋁板所制成的光電碼盤比玻璃碼盤的抗振性能好，耐不潔環(huán)境，且造價低。但由于受到加工槽數(shù)的限制，檢測精度低。942絕對式編碼器l 絕對值編碼器是一種直接編碼、絕對測量的檢測裝置，就是在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的惟一代碼。與增量脈沖編碼器不同，它是通過讀取絕對編碼盤、編碼尺(通稱為碼盤)的代碼(圖案)信號指示絕對位置。電源切除后，位置信息不丟失，也沒有積累差。95絕對式編碼器分類:l編碼器使用的計數(shù)制分: 二進制編碼 二進制循環(huán)

30、碼(葛萊碼) 余三碼 二十進制碼等編碼器。96l從結(jié)構(gòu)原理來分: 接觸式 光電式 電磁式 絕對值式編碼器。97圖3-19 絕對式編碼器的碼盤結(jié)構(gòu)示意(a)純二進制碼盤 (b)循環(huán)二進制碼盤(葛萊碼)982)絕對式編碼器的結(jié)構(gòu)l絕對值式編碼器一般都做成二進制編碼，碼盤的圖案由若干個同心圓環(huán)組成。從編碼的角度來說，這些圓環(huán)稱為碼道，碼道的數(shù)量與二進制的位數(shù)相同?？拷鼒A心的碼道代表高位數(shù)碼，越往外位數(shù)越低，最外圈是最低位。l黑色扇區(qū)表示遮光，白色扇區(qū)表示透光區(qū)。 993)絕對式脈沖編碼器的工作原理l由光源l發(fā)出光線經(jīng)柱面鏡2變成一束平行光照射在玻璃碼盤3上，玻璃碼盤3上刻有許多同心碼道，具有一定規(guī)律的亮區(qū)和暗區(qū)。具有一定規(guī)律的亮區(qū)和暗區(qū)。通過亮區(qū)的光線經(jīng)狹縫4形成一束很窄的光束照射在光電元件5上，光電元件的排列與碼道一一對應(yīng)，對亮區(qū)輸出為亮區(qū)輸出為“1”，暗區(qū)，暗區(qū)輸出為輸出為“0”，再經(jīng)信息處理電路(圖中沒畫出)，主要有放大、整形、鎖存與譯碼，輸出自然二進制代碼，就代表了碼盤軸的轉(zhuǎn)角大小，從而實現(xiàn)了角度的絕對值測量。