第6章 數(shù)控機(jī)床檢測裝置

1、CNC第第6 6章章 數(shù)控機(jī)床的檢測裝置數(shù)控機(jī)床的檢測裝置 主要內(nèi)容主要內(nèi)容主要內(nèi)容6.1 概述概述 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 6.4 光柵光柵 6.5 磁柵磁柵 6.6 編碼器編碼器CNC主要內(nèi)容6.1 概述概述位置檢測裝置位置檢測裝置作用作用：檢測位移（線位移或角：檢測位移（線位移或角位移）和速度，發(fā)送反饋信號至數(shù)控裝置，位移）和速度，發(fā)送反饋信號至數(shù)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作構(gòu)成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作臺按指令的路徑精確地移動。臺按指令的路徑精確地移動。位置測量裝置位置測量裝置組成組成：檢測元件（傳感器）和：檢測元件（傳感器

2、）和信號處理裝置。信號處理裝置。數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分：位移、速度和電數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分：位移、速度和電流三種類型。流三種類型。常用常用位移位移檢測裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步檢測裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、編碼器、光柵、磁柵等。器、編碼器、光柵、磁柵等。CNC主要內(nèi)容閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢測系統(tǒng)精度決定。主要由檢測系統(tǒng)精度決定。半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床：半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床：旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等等，安裝在電機(jī)或絲，安裝在電機(jī)或絲杠上，測量電機(jī)或絲杠的角位移間接測量杠上，測量電機(jī)或絲杠的角位移間接測量工作臺的直線位移。

3、工作臺的直線位移。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床：閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床：感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺和導(dǎo)軌上，直接測量工作臺的直線位移。臺和導(dǎo)軌上，直接測量工作臺的直線位移。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容位置檢測裝置的精度：系統(tǒng)精度、分辨率位置檢測裝置的精度：系統(tǒng)精度、分辨率系統(tǒng)精度：在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差系統(tǒng)精度：在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差的最大值。一般：的最大值。一般： 直線位移檢測精度：直線位移檢測精度：0.0020.02m； 回轉(zhuǎn)角測量精度：回轉(zhuǎn)角測量精度：10360系統(tǒng)分辨率：測量元件所能正確檢測的最小位移量。系統(tǒng)分辨率：測

4、量元件所能正確檢測的最小位移量。目前：目前： 直線位移分辨率：直線位移分辨率：1m，高精度，高精度0.1m； 回轉(zhuǎn)分辨率：可達(dá)回轉(zhuǎn)分辨率：可達(dá)2。不同數(shù)控機(jī)床對檢測裝置精度、速度要求：不同數(shù)控機(jī)床對檢測裝置精度、速度要求： 大型機(jī)床：速度為主；大型機(jī)床：速度為主； 中小型機(jī)床、高精度機(jī)床：精度為主。中小型機(jī)床、高精度機(jī)床：精度為主。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容6.1.1數(shù)控機(jī)床對檢測裝置的主要要求數(shù)控機(jī)床對檢測裝置的主要要求 1）受溫度、濕度影響小，工作可靠，抗干擾）受溫度、濕度影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；能力強(qiáng)；2）在機(jī)床移動范圍內(nèi)滿足精度和速度要求；）在機(jī)床移動范圍內(nèi)滿足精度和速度要

5、求；3）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；4）成本低；）成本低；5）易于實現(xiàn)高速的動態(tài)測量。）易于實現(xiàn)高速的動態(tài)測量。 6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容6.1.2 位置檢測裝置分類位置檢測裝置分類 (位移傳感器位移傳感器) 6.1 概述概述數(shù)字式數(shù)字式 模擬式模擬式 增量式增量式 絕對式絕對式 增量式增量式 絕對式絕對式 回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型型 增量式脈沖增量式脈沖編碼器編碼器圓光柵圓光柵 絕對式脈沖絕對式脈沖編碼器編碼器 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器圓磁尺圓磁尺 多極旋轉(zhuǎn)變壓器多極旋轉(zhuǎn)變壓器3速圓感應(yīng)同步器速圓感應(yīng)同步器 直直線線型型 計量光柵計量光柵激光

6、干涉儀激光干涉儀 多通道透射多通道透射光柵光柵 直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器磁尺磁尺 3速直線感應(yīng)同步器速直線感應(yīng)同步器絕對值式磁尺絕對值式磁尺 CNC主要內(nèi)容1增量式與絕對式增量式與絕對式 1）增量式檢測方式）增量式檢測方式測量位移增量，移動一個測量單位就發(fā)出一個測量位移增量，移動一個測量單位就發(fā)出一個測量信號。測量信號。如：測量單位為如：測量單位為0.001mm，每移，每移動動0.001mm發(fā)出發(fā)出1個脈沖信號，通過對脈沖計個脈沖信號，通過對脈沖計數(shù)可得到位移量。數(shù)可得到位移量。優(yōu)點：檢測裝置較簡單，任何一個對中點均可優(yōu)點：檢測裝置較簡單，任何一個對中點均可作為測量起點；作為測量起點；缺點

7、：一旦計數(shù)有誤，此后測量結(jié)果將全錯；缺點：一旦計數(shù)有誤，此后測量結(jié)果將全錯；發(fā)生故障時（如斷電、斷刀等）不能再找到事發(fā)生故障時（如斷電、斷刀等）不能再找到事故前的位置，必須將工作臺移至起點重新計數(shù)。故前的位置，必須將工作臺移至起點重新計數(shù)。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容2）絕對式測量方式）絕對式測量方式被測量的任一點的位置都以一個固定的零點被測量的任一點的位置都以一個固定的零點作基準(zhǔn)，每一被測點都有一個相應(yīng)的對零點作基準(zhǔn)，每一被測點都有一個相應(yīng)的對零點的測量值。的測量值。避免了增量式檢測方式的缺陷，但其結(jié)構(gòu)較避免了增量式檢測方式的缺陷，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。為復(fù)雜。接觸式碼盤接觸式碼盤6.1 概述

8、概述CNC主要內(nèi)容2數(shù)字式與模擬式數(shù)字式與模擬式1）數(shù)字式測量方式）數(shù)字式測量方式將被測的量以數(shù)字形式來表示將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號一般，測量信號一般為脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、為脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。特點：處理。特點：（1）被測量）被測量以數(shù)字形式表示以數(shù)字形式表示，便于顯示、處，便于顯示、處理；理；（2）測量精度取決于測量單位，與量程基本）測量精度取決于測量單位，與量程基本無關(guān)（存在累加誤差）；無關(guān)（存在累加誤差）；（3）檢測裝置簡單，脈沖信號抗干擾能力強(qiáng)。）檢測裝置簡單，脈沖信號抗干擾能力強(qiáng)。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容2）模擬式測量方式）

9、模擬式測量方式將被測量用連續(xù)的變量來表示，如用相位將被測量用連續(xù)的變量來表示，如用相位變化、電壓變化表示。特點：變化、電壓變化表示。特點：（1）直接對被測量進(jìn)行檢測；）直接對被測量進(jìn)行檢測；（2）在小量程內(nèi)可以實現(xiàn)高精度測量；）在小量程內(nèi)可以實現(xiàn)高精度測量；（3）可用于直接檢測和間接檢測。）可用于直接檢測和間接檢測。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容3直接測量與間接測量直接測量與間接測量1）直接測量）直接測量位置位置檢測裝置檢測裝置所測量的對象就是被測量本身，即：所測量的對象就是被測量本身，即：用直線式用直線式檢測裝置檢測裝置測直線位移，用旋轉(zhuǎn)式測直線位移，用旋轉(zhuǎn)式檢測裝檢測裝置置測角位移，測角位

10、移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。號，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。直接檢測：對機(jī)床的直線位移采用直線型檢測裝直接檢測：對機(jī)床的直線位移采用直線型檢測裝置測量。置測量。測量精度主要取決于測量元件的精度，不受機(jī)床測量精度主要取決于測量元件的精度，不受機(jī)床傳動精度的影響。傳動精度的影響。檢測裝置要與行程等長，對大型數(shù)控機(jī)床來說，檢測裝置要與行程等長，對大型數(shù)控機(jī)床來說，是一個很大的限制。是一個很大的限制。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容2）間接測量）間接測量若若回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型位置位置檢測裝置檢測裝置測量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動只是中測量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動只是中間值，再由它推算出與

11、之關(guān)聯(lián)的移動部件的直間值，再由它推算出與之關(guān)聯(lián)的移動部件的直線位移，線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。對機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測對機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測裝置裝置測量，測量，稱為間接測量。稱為間接測量。優(yōu)點：使用可靠方便，無長度限制，優(yōu)點：使用可靠方便，無長度限制，缺點：在檢測信號中加入了直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾秉c：在檢測信號中加入了直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動的傳動鏈誤差，影響檢測精度。為提高轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動鏈誤差，影響檢測精度。為提高定位精度，常需要對機(jī)床的傳動誤差進(jìn)行補(bǔ)償。定位精度，常需要對機(jī)床的傳動誤差進(jìn)行補(bǔ)償。6.1 概述概述CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器

12、旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)，感應(yīng)式微電機(jī)，數(shù)控機(jī)床上常見的角位移測量數(shù)控機(jī)床上常見的角位移測量裝置，廣泛用于裝置，廣泛用于半閉環(huán)半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床?？刂频臄?shù)控機(jī)床。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境條件要求低（特別是高溫、高粉塵的地方）、境條件要求低（特別是高溫、高粉塵的地方）、輸出信號幅度大和抗干擾能力強(qiáng)等特點輸出信號幅度大和抗干擾能力強(qiáng)等特點. .缺點：信號處理比較復(fù)雜。缺點：信號處理比較復(fù)雜。CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的分類旋轉(zhuǎn)變壓器的分

13、類 按有無電刷分：接觸式和無接觸式兩種；按有無電刷分：接觸式和無接觸式兩種；按極對數(shù)分：單對極和多對極；按極對數(shù)分：單對極和多對極；按用途分：計算用旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)據(jù)傳輸按用途分：計算用旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)據(jù)傳輸用變壓器；用變壓器；按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系分：按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系分：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比例式旋轉(zhuǎn)變壓器以及特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器例式旋轉(zhuǎn)變壓器以及特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器等。等。CNC主要內(nèi)容6.2.1旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器），與兩相繞線式旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器），與兩相繞線式異步電機(jī)相似，異步

14、電機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，由定子和轉(zhuǎn)子組成，是一種是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機(jī)。旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機(jī)。有刷旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器定子、轉(zhuǎn)子上兩相繞組軸線定子、轉(zhuǎn)子上兩相繞組軸線分別相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的引線（端點）經(jīng)分別相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的引線（端點）經(jīng)滑環(huán)引出，并通過電刷送到外面來?；h(huán)引出，并通過電刷送到外面來。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器無刷旋轉(zhuǎn)變壓器具有輸出信號大、可靠性高、具有輸出信號大、可靠性高、壽命長及不用維修等優(yōu)點。壽命長及不用維修等優(yōu)點。6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容數(shù)控機(jī)床主要數(shù)控機(jī)床主要使用無刷旋轉(zhuǎn)使用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，組成：變壓器，組成：分解器：左，分解器：左，結(jié)構(gòu)與有刷旋

15、結(jié)構(gòu)與有刷旋轉(zhuǎn)變壓器基本轉(zhuǎn)變壓器基本相同。相同。 變壓器：右，變壓器：右，無電刷與滑環(huán)，無電刷與滑環(huán)，作用是不通過作用是不通過電刷與滑環(huán)把電刷與滑環(huán)把信號傳遞出來信號傳遞出來6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容12356748分解器定子線圈外接激磁電壓（頻率分解器定子線圈外接激磁電壓（頻率400Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz），頻率較高，旋轉(zhuǎn)變壓器，頻率較高，旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸顯著減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量也很小，適用加、減速比尺寸顯著減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量也很小，適用加、減速比較大或精度高的齒輪、齒條組合使用的場合；較大或精度高的齒輪、齒條組合使用的場合；分解器轉(zhuǎn)子線圈輸出

16、信號接到變壓器的一次繞組分解器轉(zhuǎn)子線圈輸出信號接到變壓器的一次繞組5，從，從變壓器的二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）變壓器的二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）7引出最后的輸出信號引出最后的輸出信號6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容單極對：定子和轉(zhuǎn)單極對：定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極。子各有一對磁極。多極對：增加定子多極對：增加定子或轉(zhuǎn)子極對數(shù)，使或轉(zhuǎn)子極對數(shù)，使電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用于高角的倍數(shù)，用于高精度絕對式檢測。精度絕對式檢測。雙極對：定子和轉(zhuǎn)雙極對：定子和轉(zhuǎn)子上各有兩對相互子上各有兩對相互垂直的磁極，檢測垂直的磁極，檢測精度較高，數(shù)控機(jī)精度較高，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用普遍。床中應(yīng)用普遍。6.2

17、旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子軸與電機(jī)軸或絲杠連接在一起，實旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子軸與電機(jī)軸或絲杠連接在一起，實現(xiàn)電機(jī)軸或絲杠轉(zhuǎn)角的測量?，F(xiàn)電機(jī)軸或絲杠轉(zhuǎn)角的測量。單極對：轉(zhuǎn)子經(jīng)精密齒輪升速后再與電機(jī)軸相聯(lián)，單極對：轉(zhuǎn)子經(jīng)精密齒輪升速后再與電機(jī)軸相聯(lián)，根據(jù)絲杠導(dǎo)程選用齒輪升速比（升速比通常為根據(jù)絲杠導(dǎo)程選用齒輪升速比（升速比通常為1:2、1:3、1:4、2:3、1:5、2:5等），以保證機(jī)床的脈沖當(dāng)?shù)龋?，以保證機(jī)床的脈沖當(dāng)量與輸入設(shè)定的單位相同。量與輸入設(shè)定的單位相同。多極對：不用升速，與電機(jī)直接相聯(lián)，精度更高。多極對：不用升速，與電機(jī)直接相聯(lián)，精度更高。一極對數(shù)少的和一個極對數(shù)多的

18、兩種旋轉(zhuǎn)變壓器可一極對數(shù)少的和一個極對數(shù)多的兩種旋轉(zhuǎn)變壓器可構(gòu)成構(gòu)成“粗測粗測”和和“精測精測”電氣變速雙通道檢測裝置，電氣變速雙通道檢測裝置，用于高精度檢測。用于高精度檢測。6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容6.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 根據(jù)互感原理工作，定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙根據(jù)互感原理工作，定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙磁通分布呈正余弦規(guī)律。磁通分布呈正余弦規(guī)律。當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時，通過當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個繞組出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個

19、繞組軸線在空間的相對位置。軸線在空間的相對位置。 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容 562221110U1=UmsintU1=UmsintU1=Umsint定子轉(zhuǎn)子激磁輸出U1U2tt=0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsint0 2=k 1sinU2=nUmsintsin2k 1sinU2 nUm sint sin6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極各有一對磁極，假設(shè)加到定子繞組的假設(shè)加到定子繞組的勵磁電壓為勵磁電壓為U1U1，則轉(zhuǎn)子通過，則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合，電磁耦

20、合，產(chǎn)生感應(yīng)電勢產(chǎn)生感應(yīng)電勢U2U2。tUUmsin1sinsin12tnUnUUmUm激磁電壓幅值激磁電壓幅值n n繞組匝數(shù)比繞組匝數(shù)比轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 56 2221110U1=UmsintU1=UmsintU1=Umsint定 子轉(zhuǎn) 子激 磁輸 出U1U2tt =0 2=0U2= 0 =90 2=k 1U2= nUmsint0 2=k 1sinU2= nUmsintsintUUmsin1sinsin12tnUnUUmCNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器4 5 U1 sU1 cRU2轉(zhuǎn) 子定 子cossin112cskUkUUCNC主要內(nèi)

21、容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器1 1鑒相工作方式鑒相工作方式給定子的兩個繞組通以相同幅值、相同頻率，給定子的兩個繞組通以相同幅值、相同頻率，但相位差但相位差/2/2的交流激磁電壓的交流激磁電壓 U U1s1sU Um msintsint U U1c1cU Um m（sint+/2sint+/2）U Um mcostcost當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，這兩個激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組，這兩個激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)疊加，得到轉(zhuǎn)子的感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)疊加，得到轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電壓電壓U U2 2為為 cossin112cskUkUUCNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器U U2 2kUkUm

22、msintsinsintsinkUkUm mcostcos=kUcostcos=kUm mcoscos（t-t-）U Um m激磁電壓幅值；激磁電壓幅值；k k電磁耦合系數(shù)，電磁耦合系數(shù)，k k11；相位角，即：轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。相位角，即：轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，同樣可得到，同樣可得到 U U2 2k kU Um mcoscos（tt+ +）轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和間有嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，只要間有嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可以求得檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可以求得 ，也就，也就可得到被測軸的角位移?？傻玫奖粶y軸的角位移。實際應(yīng)用時，把定子余弦繞

23、組激磁電壓的相位作為基實際應(yīng)用時，把定子余弦繞組激磁電壓的相位作為基準(zhǔn)相位，與轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓相位做比較，來確定準(zhǔn)相位，與轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓相位做比較，來確定的大小。的大小。 CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器2鑒幅工作方式鑒幅工作方式 給定子的兩個繞組分別通以頻率相同、相位相給定子的兩個繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓，即壓，即 U1sUmsin sint U1c= Umcos sint 當(dāng)給定電氣角為當(dāng)給定電氣角為時，交流激磁電壓的幅值分時，交流激磁電壓的幅值分別為別為 UsmUmsin UcmUmco

24、s CNC主要內(nèi)容6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，U1s、U1c經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U2為：為：U2kUmsinsintsink Umcossintcos kUmcos（）sint轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，同理有：，同理有： U2kUmcos（） sintU2的幅值分別為的幅值分別為: :kUmcos（）、）、kUmcos（）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值幅值隨轉(zhuǎn)子的隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角而變化。測量出而變化。測量出幅值可測出幅值可測出 轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。CNC主要內(nèi)容三、旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用三、旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 由角位移如何計算直線位移由角位移如何計算直線位移?將旋轉(zhuǎn)

25、變壓器安裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，當(dāng)角從角從0變化到變化到360時，表示絲杠上的螺母走了一個導(dǎo)程，時，表示絲杠上的螺母走了一個導(dǎo)程，就間接地測量了絲杠的直線位移（導(dǎo)程）的大小。就間接地測量了絲杠的直線位移（導(dǎo)程）的大小。要檢測工作臺的絕對位置，需加一臺要檢測工作臺的絕對位置，需加一臺絕對位置計數(shù)器絕對位置計數(shù)器，累計所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總長度。累計所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總長度。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1周時，轉(zhuǎn)子的輸出電壓將隨旋轉(zhuǎn)變壓器的周時，轉(zhuǎn)子的輸出電壓將隨旋轉(zhuǎn)變壓器的極數(shù)不同而不止一次地通過零點，需加極數(shù)不同而不止一次地通過零點，需加相敏檢波器相敏檢波器來

26、來辨別轉(zhuǎn)換點和區(qū)別不同的轉(zhuǎn)向。辨別轉(zhuǎn)換點和區(qū)別不同的轉(zhuǎn)向。 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。測直線位移或角位移而改變。種類：根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點分直線式、旋轉(zhuǎn)式（圓種類：根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點分直線式、旋轉(zhuǎn)式（圓盤式）兩類。盤式）兩類。直線式：定尺、滑尺，測直線位移，用于全閉環(huán)伺直線式：定尺、滑尺，測直線位移，用于全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)式：定子、轉(zhuǎn)子，測量角位移，用

27、于半閉環(huán)伺旋轉(zhuǎn)式：定子、轉(zhuǎn)子，測量角位移，用于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。服系統(tǒng)。工作原理與直線式相同，不同的是定子（相當(dāng)于定工作原理與直線式相同，不同的是定子（相當(dāng)于定尺）、轉(zhuǎn)子（相當(dāng)于滑尺）及繞組形狀不同，結(jié)構(gòu)尺）、轉(zhuǎn)子（相當(dāng)于滑尺）及繞組形狀不同，結(jié)構(gòu)上分：圓形、扇形。上分：圓形、扇形。CNC6.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與種類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與種類 6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器（固定在床身上）（固定在床身上）（安裝在移動部件上）（安裝在移動部件上）平行，間隙為平行，間隙為0.250.05mm0.250.05mmCNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器w22（a2+b2）w12（a1+b1）一般一般w1w2

28、或或w12/3 w2CNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器（當(dāng)正弦繞組與定（當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時，尺繞組對齊時，余弦繞組與定尺繞余弦繞組與定尺繞組相差組相差1/41/4節(jié)距。）節(jié)距。）CNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器“節(jié)距節(jié)距”是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長250mm，滑尺長，滑尺長100mm，節(jié)，節(jié)距為距為2mm。直線式感應(yīng)同步器有：直線式感應(yīng)同步器有：標(biāo)準(zhǔn)式：標(biāo)準(zhǔn)式：精度最高、使用最廣；精度最高、使用最廣；窄式窄式：定尺、滑尺寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，電磁感應(yīng)強(qiáng)度減：定尺、滑尺寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，電磁感應(yīng)強(qiáng)度減低，比標(biāo)準(zhǔn)式精

29、度低，適用精度較低或機(jī)床上安裝位低，比標(biāo)準(zhǔn)式精度低，適用精度較低或機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工的情況；置窄小且安裝面難于加工的情況；帶式：帶式：定尺最長可至定尺最長可至3m以上，不需接長，可簡化安裝，以上，不需接長，可簡化安裝，定尺隨床身熱變形而變形，但定尺較長，剛性稍差，定尺隨床身熱變形而變形，但定尺較長，剛性稍差，總測量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低；總測量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低；3重式：重式：定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對式檢測系統(tǒng)，定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對式檢測系統(tǒng)，特別適用大型機(jī)床。特別適用大型機(jī)床。 CNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：CNC轉(zhuǎn)子繞組：連續(xù)繞組；轉(zhuǎn)子繞組：連續(xù)繞組；定子繞

30、組：分段式、兩相正交（相差定子繞組：分段式、兩相正交（相差90電角度）電角度）sin繞組、繞組、cos繞組繞組6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC6.3.2 感應(yīng)同步器的安裝感應(yīng)同步器的安裝 定尺定尺安裝在機(jī)床的不動部件上；安裝在機(jī)床的不動部件上；滑尺滑尺安裝在機(jī)床的移動部件上。安裝在機(jī)床的移動部件上。安裝防護(hù)罩：防止切屑和油污浸入安裝防護(hù)罩：防止切屑和油污浸入必須保持定尺和滑尺平行、兩平面的間隙必須保持定尺和滑尺平行、兩平面的間隙約為約為025005mm，其它安裝要求視，其它安裝要求視具體的產(chǎn)品說明而定。保證定尺和滑尺在具體的產(chǎn)品說明而定。保證定尺和滑尺在全部工作長度上正常耦合，減少測量誤差。

31、全部工作長度上正常耦合，減少測量誤差。6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC直線感應(yīng)同步器的標(biāo)準(zhǔn)定尺長度一般為直線感應(yīng)同步器的標(biāo)準(zhǔn)定尺長度一般為250mm，測量范圍增加時，將定尺接長。測量范圍增加時，將定尺接長。根據(jù)具體使用情況，按一定步驟和要求拼接定尺根據(jù)具體使用情況，按一定步驟和要求拼接定尺 定尺全部接好后，采用定尺全部接好后，采用激光干涉儀激光干涉儀或或量塊加千分量塊加千分表表進(jìn)行全長誤差測量，進(jìn)行全長誤差測量，超差處進(jìn)行重新調(diào)整，使總長度上的累積誤差超差處進(jìn)行重新調(diào)整，使總長度上的累積誤差單塊定尺的最大偏差。單塊定尺的最大偏差。 6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC6.3.3 感應(yīng)同步器工作

32、原理感應(yīng)同步器工作原理 正弦繞組余弦繞組滑尺定尺2/2UdUsUc6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器當(dāng)滑尺與定尺間發(fā)生相對位移時，即：勵磁繞當(dāng)滑尺與定尺間發(fā)生相對位移時，即：勵磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，使感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的合的變化，使感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。變化而變化。CNC6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)電壓幅值與定尺滑尺相對位置關(guān)系感應(yīng)電壓幅值與定尺滑尺相對位置關(guān)系 定 尺 滑 A 尺 B241 位 C221 置 D243 E 2 E A V2 M N 正弦繞組 余弦繞組 B D C O P CNC當(dāng)滑

33、尺移動距離為當(dāng)滑尺移動距離為 2 2 ，V2 V2 變化變化 2 2 , ,當(dāng)移動當(dāng)移動 x x時，則對應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化時，則對應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化 角度角度。可得可得 設(shè)表示滑尺上一相繞組的激磁電壓設(shè)表示滑尺上一相繞組的激磁電壓 則定尺繞組感應(yīng)電壓為則定尺繞組感應(yīng)電壓為 式中式中 K K耦合系數(shù)；耦合系數(shù)； 激磁電壓的幅值；激磁電壓的幅值； 激磁電壓的角頻率；激磁電壓的角頻率； 與位移對應(yīng)的角度。與位移對應(yīng)的角度。22xxx22tVVmssintKVKVVmssincoscos2mV6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 1 1. .鑒相工作方式鑒相工作方式 供給滑尺的正、余弦繞組的

34、激磁信號是供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、頻率、幅值相同，相位相差幅值相同，相位相差90900 0的交流勵磁電壓的交流勵磁電壓 根據(jù)疊加原理，定尺上的總感應(yīng)電壓為根據(jù)疊加原理，定尺上的總感應(yīng)電壓為 通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位，即可測量通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位，即可測量定尺和滑尺之間的相對位移。定尺和滑尺之間的相對位移。tVVtVVmcmscossin)sin(2coscoscossin2tKVtKVtKVVmmm6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNCxx22 例如：例如：定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵磁電壓之間的相定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵磁電壓之間的相位差為位差為3.63.60 0，表

35、明滑尺移動了多少，表明滑尺移動了多少mmmm？(0.02mm) (0.02mm) 2mm6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC將將 稱為稱為相移相移位移轉(zhuǎn)換系數(shù)位移轉(zhuǎn)換系數(shù)。例：設(shè)節(jié)。例：設(shè)節(jié)距距2 2=2，則，則 若脈沖當(dāng)量若脈沖當(dāng)量2m/脈沖，則脈沖，則相移相移位移系數(shù)位移系數(shù)為為 xmmx/1801脈沖脈沖/36. 0/180002. 06.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 供給滑尺上正、余弦繞組的勵磁電壓的頻率相同、供給滑尺上正、余弦繞組的勵磁電壓的頻率相同、相位相同但幅值不同。相位相同但幅值不同。 2.鑒幅工作方式鑒幅工作方式tVVtVVmcmssincossinsin則在定尺繞組產(chǎn)生的總

36、感應(yīng)電壓為則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為sinsincoscossinsin2tKVtKVVmmtKVmsinsin6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器若電氣角若電氣角已知，只要測出已知，只要測出V2幅值，便能求出與位移幅值，便能求出與位移對應(yīng)的角度對應(yīng)的角度。實際測量時，不斷調(diào)整。實際測量時，不斷調(diào)整 ，讓幅值為，讓幅值為零。則零。則的變化量就代表了的變化量就代表了對應(yīng)的位移量，就可測對應(yīng)的位移量，就可測得機(jī)械位移。得機(jī)械位移。 CNC6.4 光柵光柵通常意義上講，光柵按用途分有兩大類：通常意義上講，光柵按用途分有兩大類：物理光柵物理光柵（衍射光柵）：（衍射光柵）：200500條條/，柵距，柵距0.

37、0020.005，主要是利用光的衍射原理，用于，主要是利用光的衍射原理，用于光譜分析和光波波長的測定。光譜分析和光波波長的測定。計量光柵計量光柵：25條條/、50條條/、100條條/、250條條/等，柵距等，柵距0.0040.25，主要是利用光的透射，主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)。和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)。這里所討論的光柵是指計量光柵這里所討論的光柵是指計量光柵：高精度數(shù)控機(jī)高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測裝置，用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，可測量床的位置檢測裝置，用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，可測量位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率高（位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率高（0 數(shù)十萬次數(shù)十萬次/每秒）每秒）非常適用動態(tài)測

38、量。非常適用動態(tài)測量。CNC6.4.1 光柵的種類光柵的種類按形狀按形狀：長光柵（直線光柵）、圓光柵。：長光柵（直線光柵）、圓光柵。長光柵檢測線位移，圓光柵測量角位移長光柵檢測線位移，圓光柵測量角位移直線光柵直線光柵按制作原理按制作原理：玻璃透射光柵、金屬反射：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。光柵。 6.4 光柵光柵CNC長光柵長光柵（1）玻璃透射光柵玻璃透射光柵是在玻璃的表面上用真空鍍膜是在玻璃的表面上用真空鍍膜法鍍一層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，法鍍一層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，用照相腐蝕法制成透明與不透明間隔相等的線紋。用照相腐蝕法制成透明與不透明間隔相等的線紋。特點：特點：1

39、）光源可采用垂直入射，光電元件可直接接受光）光源可采用垂直入射，光電元件可直接接受光信號，因此信號幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)比較簡單；信號，因此信號幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)比較簡單；2）每毫米上線紋數(shù)多，一般為）每毫米上線紋數(shù)多，一般為100、125、250條條/mm/mm，經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級的分辨率。，經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級的分辨率。 6.4 光柵光柵CNC（2）金屬反射光柵金屬反射光柵：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成的光柵線紋；常用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成的光柵線紋；常用的線紋數(shù)為的線紋數(shù)為4、10、25、40、50條條/mm ，分辨率低。

40、，分辨率低。特點：特點：1）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)很容易做到與機(jī)床材料）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)很容易做到與機(jī)床材料一致；一致；2）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整比較方便；）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整比較方便；3）安裝面積較??；）安裝面積較??；4）易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；）易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；5）不易碰碎。）不易碰碎。6.4 光柵光柵CNC圓光柵圓光柵在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。不同的使用要求在圓周內(nèi)的線紋數(shù)不相同。一般不同的使用要求在圓周內(nèi)的線紋數(shù)不相同。一般有有3種形式

41、：種形式：（1）六十進(jìn)制，）六十進(jìn)制，（2）十進(jìn)制，）十進(jìn)制，（3）二進(jìn)制，）二進(jìn)制，6.4 光柵光柵CNC6.4.2光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理 （以玻璃透射式直線光柵為例以玻璃透射式直線光柵為例）1光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu)組成組成：標(biāo)尺光柵（長光柵）、光柵讀數(shù)頭：標(biāo)尺光柵（長光柵）、光柵讀數(shù)頭 標(biāo)尺光柵與行程等長，通常光柵長度為標(biāo)尺光柵與行程等長，通常光柵長度為1m，行程大于，行程大于1m時，需要將光柵接長時，需要將光柵接長安裝安裝：標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵一般安裝在機(jī)床活動部件上一般安裝在機(jī)床活動部件上（如工作臺上或絲杠上）（如工作臺上或絲杠上） 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床固定部件上

42、（如安裝在機(jī)床固定部件上（如機(jī)床底座上）。指示光柵（短光柵）裝在光柵機(jī)床底座上）。指示光柵（短光柵）裝在光柵讀數(shù)頭中。讀數(shù)頭中。6.4 光柵光柵CNC光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理光柵讀數(shù)頭組成：光柵讀數(shù)頭組成：光源、透鏡、指光源、透鏡、指示光柵、光敏元示光柵、光敏元件、驅(qū)動線路。件、驅(qū)動線路。常見結(jié)構(gòu)按光路常見結(jié)構(gòu)按光路分：分光讀數(shù)頭、分：分光讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭作用：將莫爾條作用：將莫爾條紋的光信號轉(zhuǎn)換紋的光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。成電脈沖信號。 SPL2G2G1L1QG1G2PLtQL1G1G2L2PQCNC光柵6.4 光柵光柵CNC尺身尺

43、身安裝孔 掃描頭 （與移動部件固定）可移動電纜6.4 光柵光柵CNC不透光條紋寬度（縫隙寬度）不透光條紋寬度（縫隙寬度）a，透光寬度（刻線寬，透光寬度（刻線寬度）度）b，通常，通常a=b，柵距柵距da+b。安裝時嚴(yán)格要保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及兩安裝時嚴(yán)格要保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及兩者間隙（一般者間隙（一般0.05或或0.1）ab標(biāo)尺光柵指示光柵d6.4 光柵光柵CNC2光柵的基本測量原理光柵的基本測量原理兩光柵尺沿線紋方向保持一個很小的夾角兩光柵尺沿線紋方向保持一個很小的夾角、刻劃面平行且有一個很小間隙（一般刻劃面平行且有一個很小間隙（一般0.05mm，0.1mm）在光源照射下

44、，在與兩光柵線紋角在光源照射下，在與兩光柵線紋角的平分的平分線相垂直的方向上，形成明暗相間條紋線相垂直的方向上，形成明暗相間條紋莫爾條紋莫爾條紋（橫向莫爾條紋），兩條亮（橫向莫爾條紋），兩條亮（暗暗）紋間的距離稱莫爾條紋寬度紋間的距離稱莫爾條紋寬度 w 。6.4 光柵光柵CNC均勻刻線標(biāo)尺光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動dw6.4 光柵光柵CNC莫爾條紋特性：莫爾條紋特性：（1）光學(xué)放大作用）光學(xué)放大作用標(biāo) 尺 光 柵指 示 光 柵dw/22cos2sin222dddwtg放大比放大比k為為 ：1dwk若若d=0.01mm，0.01rad，則則w1mm，k100 6.4 光柵光柵xdw

45、xwxtg2cos222CNC（2）實現(xiàn)平均誤差作用）實現(xiàn)平均誤差作用莫爾條紋莫爾條紋 大量光柵線紋干涉大量光柵線紋干涉 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng) 克服個別克服個別/ /局部誤差局部誤差 提高精度提高精度 （3）莫爾條紋移動與柵距移動成比例）莫爾條紋移動與柵距移動成比例光柵移動一個柵距光柵移動一個柵距d d 莫爾條紋移動一個間距莫爾條紋移動一個間距w w光柵移動方向相反，莫爾條紋移動方向也相反。光柵移動方向相反，莫爾條紋移動方向也相反。莫爾條紋移動方向與兩光柵夾角莫爾條紋移動方向與兩光柵夾角移動方向垂直。移動方向垂直?？赏ㄟ^檢測莫爾條紋移動測量光柵水平方向移動的微可通過檢測莫爾條紋移動測量光柵

46、水平方向移動的微小距離。小距離。在一個柵距在一個柵距d內(nèi)，光電元件所檢測的光強(qiáng)變化為正弦內(nèi)，光電元件所檢測的光強(qiáng)變化為正弦（或余弦）變化。（或余弦）變化。6.4 光柵光柵CNC6.6.3 光柵測量系統(tǒng)光柵測量系統(tǒng) P1P2P3P4硅光電池差動放大器整形器差動放大器整形器方向判別門電路可逆計數(shù)器控制回路正向脈沖反向脈沖標(biāo)尺光柵指示光柵聚光鏡光源標(biāo)尺光柵移動，莫爾條紋交替由亮帶到暗帶、標(biāo)尺光柵移動，莫爾條紋交替由亮帶到暗帶、暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似余弦曲線，光暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似余弦曲線，光電元件電元件變?yōu)橥l率電壓信號，經(jīng)光柵位移變?yōu)橥l率電壓信號，經(jīng)光柵位移數(shù)字變換電路放大、整形、微分

47、輸出脈沖。數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個脈沖，就代表移動了一個柵距，每產(chǎn)生一個脈沖，就代表移動了一個柵距，通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離6.4 光柵光柵CNC6.4 光柵光柵增加線紋密度，但制造較困難，成本高。增加線紋密度，但制造較困難，成本高。采用采用倍頻倍頻的方法來提高光柵的分辨精度。的方法來提高光柵的分辨精度。 在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個光電元件，每隔在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個光電元件，每隔1/41/4光柵柵距產(chǎn)生一個脈沖，一個脈沖代表移動光柵柵距產(chǎn)生一個脈沖，一個脈沖代表移動了了1/41/4柵距的位移，分辨精度可提高四

48、倍，這就柵距的位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。是四倍頻方案。 一個光電元件一個光電元件只能計數(shù)只能計數(shù), ,無法判斷移動方向無法判斷移動方向如何辯向？如何辯向？如何提高光柵檢測裝置的精度如何提高光柵檢測裝置的精度?CNC差 動放 大 器整 形& 1微 分微 分反 相&（sin）（sin）差 動放 大 器整 形微 分微 分反 相（cos）（cos）& 1Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8H2P1P2P3P4CABDCABDABADCDBCBCABADCDH1正 向 脈 沖反 向 脈 沖（s i n）（c o s）正 向 反 向ABCD相 加ABCD相 加DCBA

49、正向時上升沿微分反向時上升沿微分6.4 光柵光柵CNC鑒向倍頻電路作用鑒向倍頻電路作用: :辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨率辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨率莫爾條紋原莫爾條紋原1 1個脈沖信號：個脈沖信號：0、90、180、270都有脈沖輸出，一個周期內(nèi)送出都有脈沖輸出，一個周期內(nèi)送出4個脈沖。分個脈沖。分辨率提高辨率提高4倍。倍。分辨率取決于光柵柵距分辨率取決于光柵柵距 d 和鑒向倍頻的倍數(shù)和鑒向倍頻的倍數(shù) n，即：，即：分辨率分辨率d/n。例：光柵線紋密度例：光柵線紋密度50條條/mm（柵距（柵距20m），經(jīng)），經(jīng)4倍頻倍頻處理后，線紋密度提高到處理后，線紋密度提高到200條條/mm，工作臺每移動

50、，工作臺每移動5m送出一個脈沖，即分辨率為送出一個脈沖，即分辨率為5m，提高，提高4倍。倍。6.4 光柵光柵CNC6.6 編碼器編碼器編碼器（碼盤），一種旋轉(zhuǎn)式測量元件，裝編碼器（碼盤），一種旋轉(zhuǎn)式測量元件，裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，將被測軸在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖形式或絕對式的代的角位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。碼形式。使用的計數(shù)制：二進(jìn)制、二進(jìn)制循環(huán)碼（格使用的計數(shù)制：二進(jìn)制、二進(jìn)制循環(huán)碼（格雷碼）、余三碼和二一十進(jìn)制碼等編碼器；雷碼）、余三碼和二一十進(jìn)制碼等編碼器；輸出信號的形式：絕對值式編碼器、脈沖增輸出信號的形式：絕對值式編碼器、

51、脈沖增量式編碼器；量式編碼器；內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式：接觸式、光電式、電內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式：接觸式、光電式、電磁式。磁式。CNC兩種安裝方式：兩種安裝方式：一、和伺服電機(jī)一、和伺服電機(jī)同軸聯(lián)接，編碼同軸聯(lián)接，編碼器在進(jìn)給傳動鏈器在進(jìn)給傳動鏈的前端；安裝方的前端；安裝方便。便。二、連接在滾珠二、連接在滾珠絲杠末端，包含絲杠末端，包含的傳動鏈誤差比的傳動鏈誤差比前者多，位置控前者多，位置控制精度較高；制精度較高；工作臺絲杠編碼器電機(jī)6.6 編碼器編碼器CNC6.6.1 接觸式編碼器接觸式編碼器是一種絕對值式的檢測裝置，可直接把被測是一種絕對值式的檢測裝置，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，每一個角度

52、位置轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，每一個角度位置均有唯一對應(yīng)的代碼。均有唯一對應(yīng)的代碼。即使斷電或切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動角度。即使斷電或切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動角度。 6.6 編碼器編碼器CNC4位二進(jìn)制碼盤位二進(jìn)制碼盤 高位在內(nèi)，低位在外。高位在內(nèi)，低位在外。n位二進(jìn)制碼盤，有位二進(jìn)制碼盤，有n圈碼道，圈碼道，圓周均分圓周均分2n等份，即有等份，即有2n個數(shù)據(jù)表示不同位置，最個數(shù)據(jù)表示不同位置，最小分辨角小分辨角360/2n。 n 越大，能分辨的角度越小，越大，能分辨的角度越小，測量精度越高。測量精度越高。目前目前n =814位位-+電 刷絕 緣 體導(dǎo) 電 體轉(zhuǎn) 軸E0 0 0 01 0 0 01

53、0 0 110111010111011111 1 0 11 1 0 00 1 0 00 1 0 101110110001000110 0 0 1200 0 0 00 0 0 10 0 1 0001101000 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 0101111001 1 0 11 1 1 01 1 1 1222321202122236.6 編碼器編碼器若要求位數(shù)更多，采用組合碼盤，一個為粗計碼盤，若要求位數(shù)更多，采用組合碼盤，一個為粗計碼盤，一個為精計碼盤。精計碼盤轉(zhuǎn)一個為精計碼盤。精計碼盤轉(zhuǎn)1 1圈，粗計碼盤轉(zhuǎn)圈，粗計碼盤轉(zhuǎn)1 1格。格。CNC碼盤制

54、作和電刷安裝要求十分嚴(yán)格，否則會碼盤制作和電刷安裝要求十分嚴(yán)格，否則會產(chǎn)生產(chǎn)生非單值性誤差非單值性誤差。若電刷恰好位于兩位碼。若電刷恰好位于兩位碼中間或電刷接觸不良，則電刷的檢測讀數(shù)可中間或電刷接觸不良，則電刷的檢測讀數(shù)可能會是任意的數(shù)字能會是任意的數(shù)字例：電刷由位置（例：電刷由位置（0111）向位置（）向位置（1000）過）過渡時，可能會出現(xiàn)渡時，可能會出現(xiàn)815之間的任一十進(jìn)制之間的任一十進(jìn)制數(shù)。這種誤差稱為數(shù)。這種誤差稱為非單值誤差非單值誤差。消除誤差：采用消除誤差：采用循環(huán)碼循環(huán)碼（雷格碼）雷格碼）。6.6 編碼器編碼器CNC6.6 編碼器編碼器格雷碼盤：格雷碼盤：各碼道的數(shù)碼不同時改

55、變，任何兩個各碼道的數(shù)碼不同時改變，任何兩個相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，所以每次只切換相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，所以每次只切換一位數(shù)，把誤差控制在最小單位內(nèi)。一位數(shù)，把誤差控制在最小單位內(nèi)。 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 CNC接觸式絕對值編碼器接觸式絕對值編碼器優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、輸出信號強(qiáng)。：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、輸出信號強(qiáng)。缺點缺點：電刷磨損造成壽命降低，轉(zhuǎn)速不能：電刷磨損造成壽

56、命降低，轉(zhuǎn)速不能太高（每分鐘幾十轉(zhuǎn)），精度受外圈（最太高（每分鐘幾十轉(zhuǎn)），精度受外圈（最低位）碼道寬度限制。使用范圍有限。低位）碼道寬度限制。使用范圍有限。 6.6 編碼器編碼器CNC6.6.2 光電式編碼器光電式編碼器 常用光電式編碼器（光電碼盤、光電脈沖常用光電式編碼器（光電碼盤、光電脈沖發(fā)生器、光電脈沖編碼器）為增量式光電發(fā)生器、光電脈沖編碼器）為增量式光電編碼器，是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器編碼器，是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床常用把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床常用的角位移檢測元件，也可用于角速度檢測。的角位移檢測元件，也可用于角速度檢測。6.6 編碼器編碼器CNC

57、高分辨率的脈沖編碼器高分辨率的脈沖編碼器脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖移動量（mm）20000脈沖r2，3，4，6，825000脈沖r5，1030000脈沖r3，6，12現(xiàn)已有每轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn)已有每轉(zhuǎn)發(fā)出10萬乃至幾百萬個脈沖的編碼器，萬乃至幾百萬個脈沖的編碼器，該類脈沖編碼器裝置內(nèi)部應(yīng)用了微處理器。該類脈沖編碼器裝置內(nèi)部應(yīng)用了微處理器。脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖移動量（mm）2000脈沖r2，3，4，6，82500脈沖r5，103000脈沖r3，6，12數(shù)控機(jī)床常用編碼器數(shù)控機(jī)床常用編碼器:根據(jù)絲杠螺距來選用。根據(jù)絲杠螺距來選用。6.6 編碼器編碼器CNC6.6 編碼器編碼器滾珠絲杠的導(dǎo)程滾珠絲杠的導(dǎo)程iMS脈沖當(dāng)量

58、脈沖當(dāng)量減速齒輪的減速比減速齒輪的減速比脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（p/r）CNC光源、聚光鏡、光欄板、光電碼盤、光電元件、光源、聚光鏡、光欄板、光電碼盤、光電元件、信號處理電路信號處理電路 碼盤及狹縫轉(zhuǎn)軸光敏元件光欄板及辨向用的A組、B組狹縫光源零位標(biāo)志C6.6 編碼器編碼器CNCA A組與組與B B組兩組狹縫，彼此錯組兩組狹縫，彼此錯開開1/41/4節(jié)距，兩組狹縫相對應(yīng)節(jié)距，兩組狹縫相對應(yīng)的光敏元件產(chǎn)生的信號的光敏元件產(chǎn)生的信號A A、 B B彼此相差彼此相差9090 相位，用于辯向。相位，用于辯向。根據(jù)脈沖數(shù)目可得被測軸根據(jù)脈沖數(shù)目可得被測軸的角位移；的角位移；根據(jù)脈

59、沖頻率可得被測軸根據(jù)脈沖頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；的轉(zhuǎn)速；根據(jù)根據(jù)A A、B B兩相相位超前滯兩相相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。向。 后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A A、B B兩相兩相的的9090相位差進(jìn)行細(xì)分處理相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實現(xiàn)）。（四倍頻電路實現(xiàn)）。6.6 編碼器編碼器CNC6.6 編碼器編碼器CNC碼盤里圈，有一條狹縫碼盤里圈，有一條狹縫 C C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生1 1個脈沖，個脈沖，該脈沖信號又稱該脈沖信號又稱“零點脈沖零點脈沖”，作為測量的起始基，作為測量的起始基準(zhǔn)。準(zhǔn)。Z Z相的作用：相的作用： 被測軸的周向定位基準(zhǔn)信號；被測軸的

60、周向定位基準(zhǔn)信號；被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號6.6 編碼器編碼器CNC測量精度為能分辨的最小角度，分辨角測量精度為能分辨的最小角度，分辨角360/狹縫數(shù)。如條紋數(shù)為狹縫數(shù)。如條紋數(shù)為1024，則，則360/10240.352。光電編碼器的輸出信號為差動信號，進(jìn)行倍頻處光電編碼器的輸出信號為差動信號，進(jìn)行倍頻處理，進(jìn)一步提高分辨力。理，進(jìn)一步提高分辨力。例如：配置例如：配置2000脈沖脈沖r光電編碼器的伺服電機(jī)光電編碼器的伺服電機(jī)直接驅(qū)動直接驅(qū)動8mm螺距的滾珠絲杠，經(jīng)螺距的滾珠絲杠，經(jīng)4倍頻處理后，倍頻處理后，相當(dāng)于相當(dāng)于8000脈沖脈沖r的角度分辨力，對應(yīng)工作臺的角度分辨力，對應(yīng)工作臺的直線