數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置

1、第四部分第四部分 數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置第一節(jié)第一節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的要求對(duì)數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的要求數(shù)控裝置數(shù)控裝置檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置機(jī)機(jī) 床床傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部分，計(jì)算機(jī)輸出的控制信息通過伺服系統(tǒng)和傳動(dòng)裝置變成機(jī)床運(yùn)動(dòng)。位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，并與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)比較，若有偏差，則經(jīng)過放大后控制執(zhí)行部件向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直至偏差為零。 一一 開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)1 開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)步距角：步距角：對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖，

2、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。脈沖當(dāng)量：脈沖當(dāng)量：對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)的距離。那么，對(duì)應(yīng)每一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)的距離。那么， 工作臺(tái)相對(duì)刀具移動(dòng)距離工作臺(tái)相對(duì)刀具移動(dòng)距離 = 脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量 * 指令脈沖數(shù)指令脈沖數(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)，沒有位置測(cè)量裝置，開環(huán)系統(tǒng)的加工精度不高。沒有位置測(cè)量裝置，開環(huán)系統(tǒng)的加工精度不高。一一 開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)2 半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安裝到半閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安

3、裝到驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī)常用伺服電機(jī))或絲杠或絲杠的尾部。的尾部。半半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。伺服電機(jī)到工作臺(tái)之間傳動(dòng)裝置這塊的誤差沒有得到補(bǔ)償，因此半閉環(huán)伺服電機(jī)到工作臺(tái)之間傳動(dòng)裝置這塊的誤差沒有得到補(bǔ)償，因此半閉環(huán)系統(tǒng)的精度不如閉環(huán)系統(tǒng)的高。系統(tǒng)的精度不如閉環(huán)系統(tǒng)的高。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝、它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝、調(diào)試調(diào)試與維修都很方便，與維修都很方便，精度也較

4、精度也較高。高。一一 開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)3 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安裝到帶動(dòng)刀具或工件移動(dòng)的部件上，如支撐導(dǎo)軌和移動(dòng)導(dǎo)軌上，閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置安裝到帶動(dòng)刀具或工件移動(dòng)的部件上，如支撐導(dǎo)軌和移動(dòng)導(dǎo)軌上，它直接檢測(cè)的是刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的距離，因此它的加工精度較高。它直接檢測(cè)的是刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的距離，因此它的加工精度較高。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故易造成由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有一定困難。且測(cè)量元件一般安裝

5、系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有一定困難。且測(cè)量元件一般安裝到工作臺(tái)上，測(cè)量元件應(yīng)與導(dǎo)軌等長(zhǎng)，這造成測(cè)量元件造價(jià)較高，使用維護(hù)較困難。到工作臺(tái)上，測(cè)量元件應(yīng)與導(dǎo)軌等長(zhǎng)，這造成測(cè)量元件造價(jià)較高，使用維護(hù)較困難。二二 數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求 (1)滿足數(shù)控機(jī)床的精度和速度要求滿足數(shù)控機(jī)床的精度和速度要求 從精度上講從精度上講某些數(shù)控機(jī)床的定位精度已達(dá)到某些數(shù)控機(jī)床的定位精度已達(dá)到0.0015mm300m一般數(shù)控機(jī)床精度要求在一般數(shù)控機(jī)床精度要求在 0.0020.01mmm之間之間測(cè)量系統(tǒng)的分辨率在測(cè)量系統(tǒng)的分辨率在0.0010.0001mm之間之間從速度上講

6、從速度上講進(jìn)給速度已從進(jìn)給速度已從1030mmin提高到提高到60120mmin主軸轉(zhuǎn)速也達(dá)到主軸轉(zhuǎn)速也達(dá)到10000rmin，有些高達(dá)，有些高達(dá)100000r/min因此要求檢測(cè)裝置必須滿足數(shù)控機(jī)床高精度和高速度的要求。因此要求檢測(cè)裝置必須滿足數(shù)控機(jī)床高精度和高速度的要求。二二 數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求 (2)工作可靠工作可靠 有較強(qiáng)的抗干擾能力，外界溫濕度的變化對(duì)有較強(qiáng)的抗干擾能力，外界溫濕度的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響要小。測(cè)量結(jié)果的影響要小。 (3)便于安裝和維護(hù)便于安裝和維護(hù) 測(cè)量裝置有一定的安裝精度要求，安測(cè)量裝置有一定的安裝精度要求，安裝精度要合理。考慮到檢測(cè)裝

7、置的使用環(huán)境，整個(gè)檢測(cè)裝裝精度要合理?？紤]到檢測(cè)裝置的使用環(huán)境，整個(gè)檢測(cè)裝置要求有較好的防塵、防油霧、防切屑等措施。置要求有較好的防塵、防油霧、防切屑等措施。三三 檢測(cè)裝置的常用類型檢測(cè)裝置的常用類型分分類類光電式光電式電磁式電磁式增量式增量式絕對(duì)式絕對(duì)式增量式增量式絕對(duì)式絕對(duì)式回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式光電編碼器光電編碼器 圓光柵圓光柵編碼盤編碼盤旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圓盤感應(yīng)同步器圓盤感應(yīng)同步器多極旋轉(zhuǎn)變壓器多極旋轉(zhuǎn)變壓器 三速圓感應(yīng)同步器三速圓感應(yīng)同步器直直線線式式計(jì)量光柵計(jì)量光柵編碼尺編碼尺多通道透射光柵多通道透射光柵直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器三速感應(yīng)同步器三速感應(yīng)同步器表表 常用測(cè)量裝置類型常用

8、測(cè)量裝置類型三三 檢測(cè)裝置的常用類型檢測(cè)裝置的常用類型（1）增量式）增量式原理：原理：被測(cè)物體每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位，測(cè)量裝置發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，被測(cè)物體每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位，測(cè)量裝置發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)并處理就可得到一個(gè)位移的增量值。任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可對(duì)脈沖計(jì)數(shù)并處理就可得到一個(gè)位移的增量值。任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可作為測(cè)量的起點(diǎn)。作為測(cè)量的起點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做到較高精度檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做到較高精度缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：u由于測(cè)量裝置輸出的是脈沖，只能反應(yīng)有沒有移動(dòng)，不能表示移由于測(cè)量裝置輸出的是脈沖，只能反應(yīng)有沒有移動(dòng)，不能表示移動(dòng)方向，因此必須有方向判別電路判別移動(dòng)方向動(dòng)方向，因

9、此必須有方向判別電路判別移動(dòng)方向u一旦計(jì)數(shù)有誤，此后結(jié)果全錯(cuò)一旦計(jì)數(shù)有誤，此后結(jié)果全錯(cuò)u若發(fā)生故障若發(fā)生故障(如斷電、斷刀等如斷電、斷刀等)，事故排除后再也找不到正確位置，事故排除后再也找不到正確位置三三 檢測(cè)裝置的常用類型檢測(cè)裝置的常用類型（2）絕對(duì)式）絕對(duì)式原理：原理：對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量裝置的輸出能夠代表移動(dòng)件當(dāng)前的實(shí)際位置測(cè)量裝置的輸出能夠代表移動(dòng)件當(dāng)前的實(shí)際位置(坐標(biāo)坐標(biāo)值值)，移動(dòng)的方向靠當(dāng)前值和歷史記憶取得，后續(xù)處理方便，移動(dòng)的方向靠

10、當(dāng)前值和歷史記憶取得，后續(xù)處理方便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作精度沒有增量式的高結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作精度沒有增量式的高三三 檢測(cè)裝置的常用類型檢測(cè)裝置的常用類型1 1數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量是將被測(cè)量單位量化以后用數(shù)字形式來(lái)表示的。數(shù)數(shù)字式測(cè)量是將被測(cè)量單位量化以后用數(shù)字形式來(lái)表示的。數(shù)字測(cè)量的輸出信號(hào)一般是電脈沖，可以把它直接送到數(shù)控裝置字測(cè)量的輸出信號(hào)一般是電脈沖，可以把它直接送到數(shù)控裝置( (計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)) )進(jìn)行比較、處理。光柵位移測(cè)量裝置就是典型的檢測(cè)裝進(jìn)行比較、處理。光柵位移測(cè)量裝置就是典型的檢測(cè)裝置。數(shù)字式測(cè)量的特點(diǎn)是：置。數(shù)字式測(cè)量的特點(diǎn)是：（1 1）被測(cè)

11、量轉(zhuǎn)化成脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理；）被測(cè)量轉(zhuǎn)化成脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理；（2)2)測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，與量程基本無(wú)關(guān)測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，與量程基本無(wú)關(guān)( (當(dāng)然也有積累當(dāng)然也有積累誤差誤差) )；（3)測(cè)量裝置比較簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。測(cè)量裝置比較簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。 模擬式測(cè)量是將被測(cè)量用連續(xù)的變量模擬式測(cè)量是將被測(cè)量用連續(xù)的變量( (如相位變化、電壓幅如相位變化、電壓幅值變化值變化) )來(lái)表示的。在數(shù)控機(jī)床上，模擬式測(cè)量主要用于小量程來(lái)表示的。在數(shù)控機(jī)床上，模擬式測(cè)量主要用于小量程的測(cè)量，例如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距內(nèi)的信號(hào)相位變化等。的測(cè)量，例如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距內(nèi)的信號(hào)相位變化等

12、。模擬式測(cè)量的特點(diǎn)是：模擬式測(cè)量的特點(diǎn)是：（1)1)直接測(cè)量被測(cè)量，無(wú)須變換；直接測(cè)量被測(cè)量，無(wú)須變換；（2)在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等步器等第二節(jié)第二節(jié) 增量式光電編碼器和絕對(duì)式編碼盤增量式光電編碼器和絕對(duì)式編碼盤一一 增量式編碼器增量式編碼器1 2 3 4 57 6一一 增量式光電編碼器增量式光電編碼器工作原理工作原理 增量式光電編碼器工作原理圖增量式光電編碼器工作原理圖光電脈沖編碼器的工作原理當(dāng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線透過兩個(gè)光柵的線紋部分，形成明暗相間的條紋。光敏元件接收這些明暗相間的光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為交替變化的電

13、信號(hào)。該信號(hào)為兩組近似于正弦波的電流信號(hào)A和B，A信號(hào)和B信號(hào)相位相差90，經(jīng)過放大和整形變成方波，如圖所示。通過兩個(gè)光柵的信號(hào)，還有一個(gè)“一轉(zhuǎn)脈沖”(一轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖)，稱為Z相脈沖，該脈沖也是通過上述處理得來(lái)的。Z相脈沖用來(lái)產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)，該脈沖以差動(dòng)形式Z和 (Z的反相)輸出。從圖可看出，根據(jù)信號(hào)A和信號(hào)B的發(fā)生順序，即可判斷光電編碼器軸的正反轉(zhuǎn)。若A相超前于B相，則為正轉(zhuǎn)；若B相超前于A相，則為反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)正是利用這一相位關(guān)系來(lái)判斷方向的。 n在光電編碼器的里圈還有一條透光條紋，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)零位脈沖信號(hào)。在進(jìn)給電動(dòng)機(jī)所用的光電編碼器上，零位脈沖用于精確確定機(jī)床的參考點(diǎn)，而在主軸電動(dòng)

14、機(jī)上，則可用于主軸準(zhǔn)停以及螺紋加工等。一一 增量式光電編碼器增量式光電編碼器光電輸出波形和信號(hào)處理線路的方塊圖光電輸出波形和信號(hào)處理線路的方塊圖一一 增量式光電編碼器增量式光電編碼器2 位置和轉(zhuǎn)速測(cè)量位置和轉(zhuǎn)速測(cè)量（1）位置測(cè)量）位置測(cè)量增量式編碼器轉(zhuǎn)角增量式編碼器轉(zhuǎn)角測(cè)量電路原理圖測(cè)量電路原理圖一一 增量式光電編碼器增量式光電編碼器（2）轉(zhuǎn)速測(cè)量）轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖頻率法：在給定時(shí)間脈沖頻率法：在給定時(shí)間t內(nèi)，對(duì)編碼器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，內(nèi)，對(duì)編碼器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，得一數(shù)值得一數(shù)值N1，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)輸出脈沖為，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)輸出脈沖為N，則轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)速 n=（N1/N）*（60/t）r/mi

15、n一一 增量式光電編碼器增量式光電編碼器脈沖周期法：在編碼器一個(gè)脈沖間隔內(nèi)，對(duì)通過的標(biāo)準(zhǔn)脈沖周期法：在編碼器一個(gè)脈沖間隔內(nèi)，對(duì)通過的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，得一數(shù)值時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，得一數(shù)值N2，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)，設(shè)脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)輸出脈沖為輸出脈沖為N，T為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖周期，則轉(zhuǎn)速為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖周期，則轉(zhuǎn)速 n=60/（2 N2N T）r/min二二 編碼盤測(cè)量裝置編碼盤測(cè)量裝置碼盤角分辨率碼盤角分辨率 = 360/ 2nC4C3C2C1二進(jìn)制碼盤二進(jìn)制碼盤葛萊碼盤葛萊碼盤二二 編碼盤測(cè)量裝置編碼盤測(cè)量裝置工作原理：工作原理：黑的部分為黑的部分為導(dǎo)電部分表示導(dǎo)電部分表示1，白的部，白的部分為

16、絕緣部分表示分為絕緣部分表示0，四，四個(gè)碼道都裝有電刷，最里個(gè)碼道都裝有電刷，最里一圈是公共極。由于四個(gè)一圈是公共極。由于四個(gè)碼道產(chǎn)生四位二進(jìn)制數(shù)，碼道產(chǎn)生四位二進(jìn)制數(shù)，碼盤每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生碼盤每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生00001111十六個(gè)二進(jìn)制數(shù)，十六個(gè)二進(jìn)制數(shù)，編碼代表實(shí)際角位移，知編碼代表實(shí)際角位移，知道了編碼就知道了角位移。道了編碼就知道了角位移。圖圖6-7 接觸式碼盤結(jié)構(gòu)及工作原理接觸式碼盤結(jié)構(gòu)及工作原理第三節(jié)第三節(jié) 光柵測(cè)量裝置光柵測(cè)量裝置按光路分反射光柵和透射光柵按光路分反射光柵和透射光柵反射光柵：反射光柵：u優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：膨脹系數(shù)與機(jī)床材料一致，安裝調(diào)整方便，可用鋼帶做成膨脹系數(shù)與機(jī)床材料一致，

17、安裝調(diào)整方便，可用鋼帶做成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的長(zhǎng)光柵，適于大位移測(cè)量的場(chǎng)合長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的長(zhǎng)光柵，適于大位移測(cè)量的場(chǎng)合u缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每mm內(nèi)線紋不宜過多，內(nèi)線紋不宜過多，常用的有常用的有4、10、25、40、50線線/mm透射光柵：透射光柵：u優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：光電元件直接接受光照，信號(hào)幅值大，光電元件直接接受光照，信號(hào)幅值大， 信噪比好，信噪比好，光電轉(zhuǎn)光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如線性密度換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如線性密度200線線/mmu缺點(diǎn)缺點(diǎn)：玻璃易破裂，玻璃易破裂，膨脹系數(shù)與機(jī)床材料不一致，影響測(cè)量精度，膨脹系數(shù)與機(jī)床材料不一致，影響測(cè)量精度，測(cè)量長(zhǎng)度在測(cè)

18、量長(zhǎng)度在2m以內(nèi)以內(nèi) 第三節(jié)第三節(jié) 光柵測(cè)量裝置光柵測(cè)量裝置按其結(jié)構(gòu)形式分為長(zhǎng)光柵和圓光柵按其結(jié)構(gòu)形式分為長(zhǎng)光柵和圓光柵長(zhǎng)光柵：長(zhǎng)光柵：測(cè)量直線位移測(cè)量直線位移 圓光柵：圓光柵：測(cè)量角位移測(cè)量角位移按線紋密度分粗光柵和細(xì)光柵按線紋密度分粗光柵和細(xì)光柵一一 光柵測(cè)量的工作原理光柵測(cè)量的工作原理光柵測(cè)量光柵測(cè)量1-標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 2-指示光柵指示光柵3-光電接收器光電接收器 4-光源光源莫爾條紋示意圖莫爾條紋示意圖 W P / 在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的區(qū)域內(nèi)黑線重疊，透明區(qū)域變大，在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的區(qū)域內(nèi)黑線重疊，透明區(qū)域變大，擋光效應(yīng)最弱，透光的累積使該區(qū)域出現(xiàn)亮帶；而距交叉點(diǎn)越

19、遠(yuǎn)擋光效應(yīng)最弱，透光的累積使該區(qū)域出現(xiàn)亮帶；而距交叉點(diǎn)越遠(yuǎn)的區(qū)域，兩光柵不透明黑線的重疊部分越少，黑線的擋光效應(yīng)增的區(qū)域，兩光柵不透明黑線的重疊部分越少，黑線的擋光效應(yīng)增強(qiáng)，該區(qū)域出現(xiàn)暗帶。強(qiáng)，該區(qū)域出現(xiàn)暗帶。這種明暗相間與光柵線紋幾乎垂直的條紋稱為莫爾條紋。莫爾這種明暗相間與光柵線紋幾乎垂直的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋具有以下特點(diǎn)：條紋具有以下特點(diǎn)：（1）放大作用。當(dāng)兩光柵尺線紋之間的夾角）放大作用。當(dāng)兩光柵尺線紋之間的夾角很小時(shí)，莫爾條很小時(shí)，莫爾條紋的節(jié)距紋的節(jié)距W和柵距和柵距P之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為PPWsinn(2)(2)平均效應(yīng)。莫爾條紋由許多明暗相間的條紋組成，如平均效應(yīng)。莫爾

20、條紋由許多明暗相間的條紋組成，如100100條條mmmm的光柵，的光柵，10mm10mm寬的莫爾條紋就由寬的莫爾條紋就由10001000條線紋組成，這樣對(duì)個(gè)別條線紋組成，這樣對(duì)個(gè)別線紋的間距誤差就不敏感，這在很大程度上線紋的間距誤差就不敏感，這在很大程度上消除了柵距刻制不均消除了柵距刻制不均勻造成的誤差。勻造成的誤差。 (3)(3)信息變換作用。莫爾條紋的移動(dòng)與柵距之間的移動(dòng)成比例。信息變換作用。莫爾條紋的移動(dòng)與柵距之間的移動(dòng)成比例。當(dāng)光柵向左或向右移動(dòng)一個(gè)柵距當(dāng)光柵向左或向右移動(dòng)一個(gè)柵距P P時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地向上時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地向上或向下準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)節(jié)距或向下準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)節(jié)距W

21、W。根據(jù)光柵柵距的位移和莫爾條。根據(jù)光柵柵距的位移和莫爾條紋位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要測(cè)量出莫爾條紋移過的距離，就可以得紋位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要測(cè)量出莫爾條紋移過的距離，就可以得出光柵移動(dòng)的微小距離。出光柵移動(dòng)的微小距離。（4 4）光強(qiáng)分布規(guī)律。當(dāng)用平行光束照射光柵時(shí)，就會(huì)形成明、暗）光強(qiáng)分布規(guī)律。當(dāng)用平行光束照射光柵時(shí)，就會(huì)形成明、暗相間的莫爾條紋。由亮相間的莫爾條紋。由亮紋到暗紋，再由暗紋到亮紋的光強(qiáng)分布近紋到暗紋，再由暗紋到亮紋的光強(qiáng)分布近似余弦函數(shù)。似余弦函數(shù)。3)信號(hào)處理光柵輸出的信號(hào)有兩種：一種是正弦波信號(hào)；另一種是方波信號(hào)。（1）倍頻處理。正弦波輸出有電流型和電壓型，對(duì)正弦波輸出信號(hào)需經(jīng)

22、過差動(dòng)放大、整形及倍頻處理后得到脈沖信號(hào)。倍頻可提高光柵的分辨精度，如5倍頻、10倍頻等。如原光柵線紋為50條mm，經(jīng)5倍頻處理后，相當(dāng)于將線紋密度提高到250條mm。圖所示為HEIDENHAIN光柵電流型輸出信號(hào)經(jīng)5倍頻處理后的信號(hào)波形。 HEIDENHAIN光柵電流型輸出信號(hào)的波形(a)正弦信號(hào);(b)整形后的信號(hào);(c)5倍頻處理后的信號(hào)(2)方向判別。光柵輸出信號(hào)經(jīng)差動(dòng)放大和信號(hào)處理后，獲得PA、PB脈沖信號(hào)，PA和PB的超前或滯后經(jīng)方向判別電路處理后，得到以高、低電平表示的方向信號(hào)，如圖所示。 二二 光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路光柵測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖光柵測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

23、二二 光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線路P2整形硅光電池P4P3差 動(dòng)放大器cosDDBY7反相微分Y8微分cosBY6Y5整形P1差 動(dòng)放大器sin微分CC微分反相sinAY3Y4Y2AY1BB反相脈沖CD相加DCAB+ADH2BC相加ADC反向時(shí)上升沿微分正向時(shí)上升沿微分AD正向脈沖BC+CDH1CADBAABcossin反向正向 原理框圖原理框圖 波形圖波形圖 光柵信號(hào)光柵信號(hào)4倍頻電路倍頻電路三三 讀數(shù)頭讀數(shù)頭把光源、光柵、光電元件組合在一起，稱為讀數(shù)頭把光源、光柵、光電元件組合在一起，稱為讀數(shù)頭按光路分為分光式、直射式、反射式按光路分為分光式、直射式、反射式讀數(shù)頭讀

24、數(shù)頭a）分光式）分光式 b）直射式）直射式 c）反光式）反光式四四 等倍透鏡系統(tǒng)等倍透鏡系統(tǒng)兩光柵間距很小，如安裝不準(zhǔn)確，就不能得到正確信號(hào)，兩光柵間距很小，如安裝不準(zhǔn)確，就不能得到正確信號(hào)，因此在實(shí)際應(yīng)用中采用了等倍透鏡系統(tǒng)。因此在實(shí)際應(yīng)用中采用了等倍透鏡系統(tǒng)。等倍透鏡系統(tǒng)等倍透鏡系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 磁柵測(cè)量裝置磁柵測(cè)量裝置磁柵位置檢測(cè)裝置是用磁性標(biāo)尺代替光柵，用磁柵位置檢測(cè)裝置是用磁性標(biāo)尺代替光柵，用電磁方法計(jì)數(shù)磁波數(shù)目的一種測(cè)量方法。磁柵電磁方法計(jì)數(shù)磁波數(shù)目的一種測(cè)量方法。磁柵位置檢測(cè)裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路位置檢測(cè)裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成。組成。一一 工作原理工作原理

25、磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料的基體上，涂敷或鍍上一層很磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料的基體上，涂敷或鍍上一層很薄的磁膜薄的磁膜(導(dǎo)磁材料導(dǎo)磁材料)，在磁膜上利用錄磁原理，用錄磁磁頭，在磁膜上利用錄磁原理，用錄磁磁頭記錄一定波長(zhǎng)的矩形波或正弦波，以此作為測(cè)量的基準(zhǔn)刻度，記錄一定波長(zhǎng)的矩形波或正弦波，以此作為測(cè)量的基準(zhǔn)刻度，磁化信號(hào)的節(jié)距磁化信號(hào)的節(jié)距(周期周期)一般有一般有0.05、0.10、0.20、1mm等等二二 磁頭磁頭1 讀取磁頭讀取磁頭磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號(hào)輸磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號(hào)輸送到檢測(cè)電路中去。送到檢測(cè)電路中去。速度響應(yīng)型磁頭：速度響

26、應(yīng)型磁頭：只有在磁頭和磁帶之間有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度只有在磁頭和磁帶之間有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，才能檢測(cè)出磁化信號(hào)，磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成時(shí)，才能檢測(cè)出磁化信號(hào)，磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成比例，這種磁頭只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。如普通錄音機(jī)比例，這種磁頭只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。如普通錄音機(jī)速度響應(yīng)型磁頭速度響應(yīng)型磁頭二二 磁頭磁頭磁通響應(yīng)型磁頭：磁通響應(yīng)型磁頭：根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，為了在低速根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，必須采用磁通響應(yīng)型運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，必須采用磁通響應(yīng)型磁頭。磁頭。磁通響應(yīng)型磁頭磁通響應(yīng)型磁頭 二二 磁頭磁頭勵(lì)磁繞組在一個(gè)周期內(nèi)可使鐵芯飽和

27、兩次，鐵芯材料飽和勵(lì)磁繞組在一個(gè)周期內(nèi)可使鐵芯飽和兩次，鐵芯材料飽和后，磁阻很大，磁路被阻斷；鐵芯材料非飽和時(shí)，磁阻減小，后，磁阻很大，磁路被阻斷；鐵芯材料非飽和時(shí)，磁阻減小，磁路開通?？梢?，勵(lì)磁繞組的作用相當(dāng)于磁開關(guān)，只要有周磁路開通?？梢?，勵(lì)磁繞組的作用相當(dāng)于磁開關(guān)，只要有周期變化的勵(lì)磁電流存在，輸出繞組的磁路中磁通量產(chǎn)生周期期變化的勵(lì)磁電流存在，輸出繞組的磁路中磁通量產(chǎn)生周期變化，輸出繞組輸出電壓信號(hào)為變化，輸出繞組輸出電壓信號(hào)為txEe00sin2sin E0輸出電壓幅值，輸出電壓幅值，磁化節(jié)距，磁化節(jié)距，0激磁頻率的激磁頻率的2倍頻，倍頻，x位移位移二二 磁頭磁頭2 多間隙磁通響應(yīng)型

28、磁頭多間隙磁通響應(yīng)型磁頭 用一個(gè)磁通響應(yīng)型磁頭讀取磁柵的磁化信號(hào)，輸出信號(hào)用一個(gè)磁通響應(yīng)型磁頭讀取磁柵的磁化信號(hào)，輸出信號(hào)往往很微弱，且由于磁膜的非線性，往往難以實(shí)現(xiàn)?？赏芪⑷?，且由于磁膜的非線性，往往難以實(shí)現(xiàn)?？蓪讉€(gè)磁頭串聯(lián)起來(lái)組成多間隙響應(yīng)型磁頭，以提高輸將幾個(gè)磁頭串聯(lián)起來(lái)組成多間隙響應(yīng)型磁頭，以提高輸出信號(hào)幅度，提高測(cè)量分辨率及準(zhǔn)確性。出信號(hào)幅度，提高測(cè)量分辨率及準(zhǔn)確性。三三 檢測(cè)電路檢測(cè)電路鑒幅型檢測(cè)電路鑒幅型檢測(cè)電路 兩組磁頭通以同兩組磁頭通以同頻、同相、同幅值的頻、同相、同幅值的勵(lì)磁電流，由于兩組勵(lì)磁電流，由于兩組磁頭的安裝位置相差磁頭的安裝位置相差(n+l4)(n為正整數(shù)為

29、正整數(shù))，因此檢波整形后的方因此檢波整形后的方波相差波相差90。鑒幅檢測(cè)電路鑒幅檢測(cè)電路三三 檢測(cè)電路檢測(cè)電路鑒相型檢測(cè)電路鑒相型檢測(cè)電路 兩磁頭的安裝距離相差兩磁頭的安裝距離相差(n+l4) 。兩組磁頭通以同頻、。兩組磁頭通以同頻、等幅但相位相差等幅但相位相差4的勵(lì)磁交流電。兩組磁頭的輸出電壓為的勵(lì)磁交流電。兩組磁頭的輸出電壓為txEe001cos2sin txEe002sin2cos e1、e2在求和的線路中相加得在求和的線路中相加得 xtEeee 2sin0021三三 鑒相檢測(cè)電路鑒相檢測(cè)電路在鑒相電路中，把它和基在鑒相電路中，把它和基本方波的相位相比較，若本方波的相位相比較，若相位不同

30、，則在兩方波的相位不同，則在兩方波的上升沿之間插入頻率為上升沿之間插入頻率為2MHz的脈沖。兩波相位相的脈沖。兩波相位相差越大，插入脈沖越多，差越大，插入脈沖越多，兩波相位差為零，無(wú)插入兩波相位差為零，無(wú)插入脈沖，這樣就可撿測(cè)位移脈沖，這樣就可撿測(cè)位移量的值。量的值。第五節(jié)第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量裝置旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量裝置一一 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)定子繞組通過固定在殼體定子繞組通過固定在殼體上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)子繞組是通過滑環(huán)和電刷子繞組是通過滑環(huán)和電刷直接引出的。直接引出的。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小；缺點(diǎn)是可靠性差，壽小；缺點(diǎn)是可靠性差，壽

31、命短。命短。一一 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)定子繞組通過固定在殼體定子繞組通過固定在殼體上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)上的接線板直接引出。轉(zhuǎn)子繞組是通過附加變壓器子繞組是通過附加變壓器二次繞組間接送出去的。二次繞組間接送出去的。其特點(diǎn)是提高了可靠性及其特點(diǎn)是提高了可靠性及使用壽命。但體積、重量、使用壽命。但體積、重量、成本均有增加。成本均有增加。二二 旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理普通變壓器的工作原理是在一次繞組加上輸入普通變壓器的工作原理是在一次繞組加上輸入電壓，則在二次繞組上輸出電壓為電壓，則在二次繞組上輸出電壓為(n2/n1)U1。旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)變壓器原理與之類似，只不過二次側(cè)繞組是旋轉(zhuǎn)的，變壓器原理與之類似，只不過二次側(cè)繞組是旋轉(zhuǎn)的，則其輸出電壓就會(huì)隨其轉(zhuǎn)角的變化而變化，因而輸則其輸出電壓就會(huì)隨其轉(zhuǎn)角的變化而變化，因而輸出電壓的大小是隨著轉(zhuǎn)角的變化而變化的。出電壓的大小是隨著轉(zhuǎn)角的變化而變化的。二二 旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理通常使用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子各有相互垂直的兩通常使用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子各有相互垂直的兩個(gè)繞組。定子繞組接受勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁頻率個(gè)繞組。定