第6章 位置檢測裝置

1、 位置檢測裝置位置檢測裝置輸輸入入裝裝置置輸輸出出裝裝置置計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控裝裝置置PLCPLC主軸控制單元主軸控制單元主軸主軸機(jī)床機(jī)床伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度控制單元速度控制單元工工作作臺臺位置檢測反饋裝置位置檢測反饋裝置數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成 6.1 6.1 概概 述述 組成：組成：位置測量裝置是由位置測量裝置是由檢測元件檢測元件（傳感器）和（傳感器）和信號信號處理裝置處理裝置組成的。組成的。 作用：作用：實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)測量執(zhí)行部件的測量執(zhí)行部件的位移位移和和速度速度信號，并變換信號，并變換成位置控制單元所要求的信號形式，將運(yùn)動部件現(xiàn)實(shí)位置成位置控制單元所要求的信號形式，將運(yùn)動部件現(xiàn)實(shí)位置反

2、饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢閉環(huán)數(shù)控機(jī)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測裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測裝置其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測裝置。 位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面幾種分類方法：幾種分類方法： 6.1 6.1 概概 述述 安

3、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(yùn)動型式運(yùn)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、壓電效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理、壓電效應(yīng)、 壓阻效應(yīng)和磁阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)和磁阻效應(yīng)等。等。 6.1 6.1 概概 述述 直接測量直接測量和和間接測量間接測量 將直線型檢測裝置安裝在將直線型檢測裝置安裝在移動部件上移動部件上，用來直接測量，用來直接測量工作臺的直線位移，作為全閉環(huán)伺

4、服系統(tǒng)的位置反饋信號，而構(gòu)工作臺的直線位移，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。成位置閉環(huán)控制。 優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確性高、可靠性好優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確性高、可靠性好 缺點(diǎn)：測量裝置要和工作臺行程等長，大型數(shù)控機(jī)床上受制。缺點(diǎn)：測量裝置要和工作臺行程等長，大型數(shù)控機(jī)床上受制。直接測量直接測量 將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)軸或滾珠絲杠上電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺的直線位移，通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。 優(yōu)點(diǎn)：測量方便、無長度限制優(yōu)點(diǎn)：測量方便、無

5、長度限制 缺點(diǎn)：測量信號中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的傳缺點(diǎn)：測量信號中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的傳動鏈誤差，影響測量精度。動鏈誤差，影響測量精度。間接測量間接測量 數(shù)字式測量數(shù)字式測量和和模擬式測量模擬式測量 將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號一將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。 信號抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。信號抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。數(shù)字式測量數(shù)字式測量 將被測的量用連續(xù)變量來表示，如電壓變化、將被測的量用連續(xù)變量來表示，如電壓變化、相位變化等。它對信號處理的方法相對來說比較

6、復(fù)雜。相位變化等。它對信號處理的方法相對來說比較復(fù)雜。模擬量測量模擬量測量 增量式測量增量式測量 在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測量方式，增量式測量在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測量方式，增量式測量只測相對位移量，如測量單位為只測相對位移量，如測量單位為0.001mm0.001mm，則每移動，則每移動0.001mm0.001mm就就發(fā)出一個(gè)脈沖信號，其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單，任何一個(gè)對中發(fā)出一個(gè)脈沖信號，其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單，任何一個(gè)對中點(diǎn)都可以作為測量的起點(diǎn)，而移距是由測量信號計(jì)數(shù)累加所得，點(diǎn)都可以作為測量的起點(diǎn)，而移距是由測量信號計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。但一

7、旦計(jì)數(shù)有誤，以后測量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。增量式測量增量式測量和和絕對式測量絕對式測量絕對式測量絕對式測量 絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。測量裝置的結(jié)點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。測量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤中，對應(yīng)于碼盤的每一個(gè)角度位置構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤中，對應(yīng)于碼盤的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)

8、構(gòu)就愈復(fù)雜。 數(shù)控機(jī)床檢測裝置分類數(shù)控機(jī)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(jī) 、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(jī) 、 數(shù)字脈編碼式速度傳感器 、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 6.1 6.1 概概

9、述述 數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：（1 1）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2 2）滿足精度和速度的要求；滿足精度和速度的要求；（3 3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；成本成本低。低。 6.1 6.1 概概 述述 性能指標(biāo)應(yīng)包括性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性靜態(tài)特性和和動態(tài)特性動態(tài)特性，主要如下。，主要如下。 1.1.精度精度 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(shí)時(shí)測量。精度。高精度和高速實(shí)時(shí)測量。 2.2.分辨率分辨

10、率 分辯率應(yīng)適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辯率應(yīng)適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。 3.3.靈敏度靈敏度 靈敏度高、一致。靈敏度高、一致。 4.4.遲滯遲滯 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。出量的不一致，稱為遲滯。遲滯小。 5.5.測量范圍和量程測量范圍和量程 6.6.零漂與溫漂零漂與溫漂 其它：其它：可靠，抗干擾性強(qiáng)、使用維護(hù)方便、成本低等?？煽?，抗干擾性強(qiáng)、使用維護(hù)方便、成本低等。 6.1 6.1 概概 述述 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器光光柵柵尺尺編編碼碼器器磁磁柵柵6.3 6.3

11、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器6.4 6.4 光柵光柵6.5 6.5 編碼盤編碼盤6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.6 6.6 磁柵磁柵6.7 6.7 激光干涉儀激光干涉儀 6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器（旋轉(zhuǎn)變壓器（resolverresolver/transformer/transformer）是）是一種電磁式傳感器，又稱一種電磁式傳感器，又稱同步分解器同步分解器。它是一。它是一種種測量角度測量角度用的小型交流電動機(jī)，用來測量旋用的小型交流電動機(jī)，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。組成。 6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器

12、旋轉(zhuǎn)變壓器1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有刷旋轉(zhuǎn)變壓器有刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)上看，旋轉(zhuǎn)變壓器相當(dāng)結(jié)構(gòu)上看，旋轉(zhuǎn)變壓器相當(dāng)于一臺兩相的繞線轉(zhuǎn)子異步于一臺兩相的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。電動機(jī)。其一、二次側(cè)繞組其一、二次側(cè)繞組分別放在定、轉(zhuǎn)子上，一次分別放在定、轉(zhuǎn)子上，一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的側(cè)繞組與二次側(cè)繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角密切相關(guān)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子密切相關(guān)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系。轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系。 按照輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，旋轉(zhuǎn)按照輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，旋轉(zhuǎn)變壓器可以分為：變壓器可以分為：（1 1）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器（2 2）線性

13、旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器（3 3）特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系輸出電壓在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角輸出電壓在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正比成正比 可見，旋轉(zhuǎn)變壓器是將角度信號轉(zhuǎn)換成與其成可見，旋轉(zhuǎn)變壓器是將角度信號轉(zhuǎn)換成與其成某種函數(shù)關(guān)系的電壓信號，其主要用途就是進(jìn)行三某種函數(shù)關(guān)系的電壓信號，其主要用途就是進(jìn)行三角函數(shù)計(jì)算、坐標(biāo)變換和角度數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。角函?shù)計(jì)算、坐標(biāo)變換和角度數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器為例為例正弦繞組正弦繞組2.2.工作原理工作原理 6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器1US1S2S3

14、S4R2R1q q(a)(b)旋轉(zhuǎn)變壓器的繞組結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的繞組結(jié)構(gòu)定子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組余弦繞組余弦繞組勵磁繞組電壓勵磁繞組電壓：1sinmUUt輸出繞組感應(yīng)電壓：輸出繞組感應(yīng)電壓：21sinmEkUkUt任意夾角任意夾角時(shí)：時(shí)：21sinsinsinmEkUkUtqq轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的正弦規(guī)律正弦規(guī)律變化變化3.3.應(yīng)用應(yīng)用 6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器(b)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組正弦繞組正弦繞組1US1S2S3S4(a)定子繞組定子繞組余弦繞組余弦繞組R2R1q q鑒相工作方式鑒相工作方式鑒幅工作方式鑒幅工作

15、方式sincossmcmVUtVUtcos()mUKUtq機(jī) （1 1）鑒相工作方式）鑒相工作方式 給定子正交繞組分別輸入的激磁信號是頻率、幅值相同，給定子正交繞組分別輸入的激磁信號是頻率、幅值相同，相位相差相位相差90900 0的交流勵磁電壓的交流勵磁電壓根據(jù)疊加原理，轉(zhuǎn)子繞組上的總感應(yīng)電壓為根據(jù)疊加原理，轉(zhuǎn)子繞組上的總感應(yīng)電壓為 通過通過鑒別轉(zhuǎn)子繞組鑒別轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的輸出電壓的相位相位，即可測量轉(zhuǎn)子，即可測量轉(zhuǎn)子相對定子的轉(zhuǎn)角，從而可以求得執(zhí)行部件的直線位移或相對定子的轉(zhuǎn)角，從而可以求得執(zhí)行部件的直線位移或角位移。角位移。sinsincossinsmcmUUtUUtqq電電Ucossi

16、nmKUtqq電機(jī)（2 2）鑒幅工作方式）鑒幅工作方式 給定子正交繞組輸入的激磁信號電壓頻率相同、相位相給定子正交繞組輸入的激磁信號電壓頻率相同、相位相同但幅值不同。同但幅值不同。式中式中 給定的電氣角。給定的電氣角。 則在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為則在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為q電 由式可知，若電氣角由式可知，若電氣角 已知，只要測出已知，只要測出U U的幅值，便能的幅值，便能求機(jī)械角位移求機(jī)械角位移 。實(shí)際測量時(shí)，不斷調(diào)整。實(shí)際測量時(shí)，不斷調(diào)整 ，讓幅值為，讓幅值為KUmKUm，則則 的變化量就代表了機(jī)械角位移的變化量就代表了機(jī)械角位移 。q機(jī)q電q電q電q機(jī) 主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù) (

17、1) (1) 額定電壓。額定電壓。 指勵磁繞組應(yīng)加的電壓，有指勵磁繞組應(yīng)加的電壓，有1212、1616、2626、3636、6060、9090、110110、115115、220V220V等幾種。等幾種。 (2) (2) 額定頻率。額定頻率。 指勵磁電壓的頻率，有指勵磁電壓的頻率，有50Hz50Hz、400Hz400Hz、500Hz500Hz等。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)自己的需要，一般工頻等。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)自己的需要，一般工頻50Hz50Hz的使的使用起來比較方便，但性能會差一些，而用起來比較方便，但性能會差一些，而400Hz400Hz的性能較好，的性能較好，但成本較高，故應(yīng)選擇性價(jià)比比較適中的產(chǎn)品。但成本

18、較高，故應(yīng)選擇性價(jià)比比較適中的產(chǎn)品。4.4.選用選用 6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 (3) (3) 變比。變比。指在規(guī)定的勵磁一方的勵磁繞組上加上額指在規(guī)定的勵磁一方的勵磁繞組上加上額定頻率的額定電壓時(shí)，與勵磁繞組軸線一致的處于零位的定頻率的額定電壓時(shí)，與勵磁繞組軸線一致的處于零位的非勵磁一方繞組的開路輸出電壓與勵磁電壓的比值，有非勵磁一方繞組的開路輸出電壓與勵磁電壓的比值，有0.150.15、0.560.56、0.650.65、0.780.78、1.01.0和和2.02.0等幾種。等幾種。 (4) (4) 輸出相位移。輸出相位移。 指輸出電壓與輸入電壓的相位差。指輸出電壓與輸入電壓的

19、相位差。該值越小越好，一般約在該值越小越好，一般約在33l2l2電角度左右。電角度左右。 (5) (5) 開路輸入阻抗（空載輸入阻抗）。開路輸入阻抗（空載輸入阻抗）。 輸出繞組開路輸出繞組開路時(shí)，從勵磁繞組看進(jìn)去的等效阻抗值。標(biāo)準(zhǔn)開路輸入阻抗時(shí)，從勵磁繞組看進(jìn)去的等效阻抗值。標(biāo)準(zhǔn)開路輸入阻抗有有200200、400400、600600、10001000、20002000、30003000、40004000、60006000和和1000010000等幾種。等幾種。主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 6.3 6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式電磁式檢測裝

20、置，檢測裝置，屬屬模擬式模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨測量，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。被測直線位移或角位移而改變。 6 6. .3 3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為：感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為： 直線式直線式 旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測量。定子組成，用于角位移測量。 直線式直線式感應(yīng)同步感應(yīng)同步器由定尺和滑尺器由定尺和滑尺組成，用于直線組成，用于直線位移測量。位移測量。直直線線感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) U2定尺滑尺余弦繞組正弦繞組USUc5.5.1.11.1 結(jié)構(gòu)

21、特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直線感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器，其直線感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，定尺和滑尺的基板采用與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相結(jié)構(gòu)如圖所示，定尺和滑尺的基板采用與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用腐蝕近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組。長尺叫的辦法做成圖示的印刷繞組。長尺叫定尺定尺，安裝在機(jī)床床身，安裝在機(jī)床床身上，短尺為上，短尺為滑尺滑尺，安裝于移動部件上，兩者平行放置，保持，安裝于移動部件上，兩者平行放置，保持0.250.250.05mm0.05mm間隙。間隙。 感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞

22、組之間的距離為感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞組之間的距離為節(jié)距節(jié)距，滑尺和定，滑尺和定尺的節(jié)距均為尺的節(jié)距均為2 2，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。，這是衡量感應(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250mm250mm，滑尺長，滑尺長100mm100mm，節(jié)距為，節(jié)距為2mm2mm。定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，一組為一組為正弦繞組正弦繞組，另一為，另一為余弦繞組余弦繞組。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差對齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/41/4節(jié)距。節(jié)距。U2

23、定尺滑尺余弦繞組正弦繞組USUc2 當(dāng)滑尺任意一繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于當(dāng)滑尺任意一繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)作作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的尺和定尺的相對位置相對位置。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵磁電壓時(shí)。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵磁電壓時(shí)，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如圖所示。，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如圖所示。 定 尺 滑 A 尺 Bt241 位 Ct221 置 Dt243 E t2 E A V2 正弦繞組 B D C O P 移動距離定 尺 滑 A 尺 Bt241位 C

24、t221置 Dt243 E t2 如果滑尺處于如果滑尺處于A A位置，即滑尺位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重合，定繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對定尺做平行移動，穿入定尺的相對定尺做平行移動，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中當(dāng)滑尺移到圖中B B點(diǎn)位置，與定尺點(diǎn)位置，與定尺繞組剛好錯(cuò)開繞組剛好錯(cuò)開1/41/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。再移動至壓為零。再移動至1/21/2節(jié)距處，即節(jié)距處，即圖中圖中C C點(diǎn)位

25、置時(shí)，定尺線圈中穿出點(diǎn)位置時(shí)，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極性相反。再移至性相反。再移至3/43/4節(jié)距，即圖中節(jié)距，即圖中D D點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱悖?dāng)點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?，?dāng)移動一個(gè)節(jié)距位置如圖中移動一個(gè)節(jié)距位置如圖中E E點(diǎn)，又點(diǎn)，又恢復(fù)到初始狀態(tài)，與恢復(fù)到初始狀態(tài)，與A A點(diǎn)相同。顯點(diǎn)相同。顯然，在定尺移動一個(gè)節(jié)距的過程中，然，在定尺移動一個(gè)節(jié)距的過程中，感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期，如圖中個(gè)周期，如圖中ABCDEABCDE。tq22xttqxx22UU sinsmt2UU cosU cos

26、sinsmKKtqq 若設(shè)定尺繞組節(jié)距為若設(shè)定尺繞組節(jié)距為22，它對應(yīng)的感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化了，當(dāng)滑，它對應(yīng)的感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化了，當(dāng)滑尺移動距離為時(shí)，則對應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關(guān)系尺移動距離為時(shí)，則對應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關(guān)系可得可得設(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)； UmUm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。U 感應(yīng)電壓的幅值變化規(guī)律就是一個(gè)周期性的余弦曲線感應(yīng)電壓的幅值變化規(guī)

27、律就是一個(gè)周期性的余弦曲線。在一個(gè)周期內(nèi)，感應(yīng)電壓的某一幅值對應(yīng)兩個(gè)位移點(diǎn)，。在一個(gè)周期內(nèi)，感應(yīng)電壓的某一幅值對應(yīng)兩個(gè)位移點(diǎn)，如圖中如圖中M M、N N兩點(diǎn)。為確定唯一位移，在滑尺上與正弦繞組兩點(diǎn)。為確定唯一位移，在滑尺上與正弦繞組錯(cuò)開錯(cuò)開1/41/4節(jié)距處，配置了余弦繞組。同樣，若在滑尺的余弦節(jié)距處，配置了余弦繞組。同樣，若在滑尺的余弦繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定尺繞組感應(yīng)電壓與繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定尺繞組感應(yīng)電壓與兩尺相對位移的關(guān)系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關(guān)系兩尺相對位移的關(guān)系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關(guān)系( (圖中圖中OP)OP)。若滑尺上的正、余弦繞組同時(shí)勵磁，就可以分

28、辨出感。若滑尺上的正、余弦繞組同時(shí)勵磁，就可以分辨出感應(yīng)電壓值所對應(yīng)的唯一確定的位移。應(yīng)電壓值所對應(yīng)的唯一確定的位移。 E A V2 M N 正弦繞組 余弦繞組 B D C O P UUsinUUcossmcmtt2UU coscos + U sincosU cos()2mmmKtKtKtqqq 1. 1. 鑒相工作方式鑒相工作方式 供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、幅值相同，供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、幅值相同，相位相差相位相差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 通過通過鑒別鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的定

29、尺感應(yīng)輸出電壓的相位相位，即可測量定尺，即可測量定尺和滑尺之間的相對位移。例如定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺和滑尺之間的相對位移。例如定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵磁電壓之間的相位差為勵磁電壓之間的相位差為3.63.60 0，當(dāng)節(jié)距為，當(dāng)節(jié)距為2mm2mm的情況下，的情況下，表明滑尺移動了表明滑尺移動了? ?有兩種工作方式，有兩種工作方式，鑒相式鑒相式和和鑒幅式鑒幅式。應(yīng)用應(yīng)用0.02mm0.02mmtUUtUUmcmssincossinsinUsincosmKUtq22. 2. 鑒幅工作方式鑒幅工作方式 供給滑尺上正、余弦繞組的勵磁電壓的頻率相同、相位供給滑尺上正、余弦繞組的勵磁電壓的頻率相同、相位相同但

30、幅值不同。相同但幅值不同。式中式中 給定的電氣角。給定的電氣角。 則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為式中式中 與位移對應(yīng)的角度。與位移對應(yīng)的角度。 鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值大小來反映鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)械位移的數(shù)值，并以此作為位置反饋信號與指令信號進(jìn)機(jī)械位移的數(shù)值，并以此作為位置反饋信號與指令信號進(jìn)行比較構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。行比較構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 由式可知，若電氣角由式可知，若電氣角已知，只要測出已知，只要測出U U2 2的幅值，便的幅值，便能求出與位移對應(yīng)的角度能求出與位移對應(yīng)的角度。實(shí)際測量時(shí)，不斷調(diào)整。實(shí)際測量時(shí)，不斷調(diào)整

31、，讓幅值為零。設(shè)初始位置時(shí)，讓幅值為零。設(shè)初始位置時(shí)，=，U U2 20 0，當(dāng)滑尺相對，當(dāng)滑尺相對定尺移動后，隨著定尺移動后，隨著不斷增加，不斷增加，U U2 2 0 0 。若逐漸。若逐漸改變改變值，直至值，直至=，U U2 20 0，此時(shí)，此時(shí)的變化量就代表了的變化量就代表了對應(yīng)的位移量，就可測得機(jī)械位移。對應(yīng)的位移量，就可測得機(jī)械位移。UsincosmKUtq26.4 6.4 光柵光柵 光柵光柵光學(xué)原理光學(xué)原理 根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達(dá)光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，

32、其檢測精度可達(dá)1m1m以上。以上。 從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線光基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線光柵。柵。 直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的稱為稱為標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵或長光柵，一般固定在或長光柵，一般固定在機(jī)床床身機(jī)床床身上，要求與行上，要求與行程等長。短的為程等長。短的為指示光柵指示光柵或短光

33、柵，裝在或短光柵，裝在機(jī)床工作臺機(jī)床工作臺上。兩上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為2525、5050、100100、250250條條/mm/mm等。線紋之間距離相等，該間距稱為等。線紋之間距離相等，該間距稱為柵距柵距，測量時(shí)它們相互平行放置，并保持測量時(shí)它們相互平行放置，并保持0.050.1mm0.050.1mm的間隙。的間隙。1.1.長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu) 6.4 6.4 光柵光柵 圖圖 光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu) 1-1-防護(hù)墊防護(hù)墊 2-2-光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭3-3-標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 4-4-防護(hù)罩防護(hù)罩

34、VS312431245標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵圖圖 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 1-1-光源光源 2-2-透鏡透鏡 3-3-指示光柵指示光柵4-4-光敏元件光敏元件 5-5-驅(qū)動線路驅(qū)動線路 主要結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)為標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵和和指示光柵指示光柵柵距和柵距角（兩個(gè)光柵錯(cuò)開的角度）柵距和柵距角（兩個(gè)光柵錯(cuò)開的角度） 6.4 6.4 光柵光柵 40 當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度放置時(shí)，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交放置時(shí)，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊，遮光面積最小，檔光效應(yīng)叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線

35、重疊，遮光面積最小，檔光效應(yīng)最弱，形成明亮條紋，其它部分為黑色條紋，這種明暗相最弱，形成明亮條紋，其它部分為黑色條紋，這種明暗相間的條紋稱為間的條紋稱為莫爾條紋莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴(yán)格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相方向排列。嚴(yán)格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。垂直。 6.4 6.4 光柵光柵 2.2.工作原理工作原理 6.4 6.4 光柵光柵 莫爾條紋的特征：莫爾條紋的特征：（1 1）莫爾條紋的變化規(guī)律）莫爾條紋的變化規(guī)律 由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）

36、弦函數(shù)。似正（余）弦函數(shù)。 6.4 6.4 光柵光柵 （2 2）放大作用）放大作用 莫爾條紋寬度莫爾條紋寬度W W和光柵柵距和光柵柵距d d、柵線夾角、柵線夾角之間關(guān)系：之間關(guān)系： W=W=d/sind/sin 又又很小可認(rèn)為很小可認(rèn)為 sinsin 故故 W=W=d/d/莫爾條紋寬度莫爾條紋寬度W W與角成反比與角成反比，越小，放大倍數(shù)越大。越小，放大倍數(shù)越大。例如例如 d = d = 0.01, 0.01, = = 0.01rad, 0.01rad, 得得W W =1mm, =1mm, 放放大大100100倍倍標(biāo)尺光柵W指示光柵（斜）d 6.4 6.4 光柵光柵 （3 3）均化誤差作用）均

37、化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成，例如，莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成，例如，200200條條/mm/mm的光柵，的光柵，10mm10mm寬的光柵就由寬的光柵就由20002000條線紋組成，這樣條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之柵距之間的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。間不均勻造成的誤差。 6.4 6.4 光柵光柵 （4 4）莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例）莫爾條紋的移動與柵距的移動成比例 當(dāng)光柵尺移動一個(gè)柵距當(dāng)光柵尺移動一個(gè)柵距d d時(shí)，莫爾條紋也剛好移動了一個(gè)時(shí)，莫爾條紋也剛好移動了一個(gè)條紋寬度條紋寬度W W。只要

38、通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目，就可知。只要通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動了多少個(gè)柵距，工作臺移動的距離可以計(jì)算出來。道光柵移動了多少個(gè)柵距，工作臺移動的距離可以計(jì)算出來。若光柵移動方向相反，則莫爾條紋移動方向也相反若光柵移動方向相反，則莫爾條紋移動方向也相反標(biāo)尺光柵W指示光柵（斜）d標(biāo)尺方向指示尺轉(zhuǎn)角方向莫爾條紋方向標(biāo)尺方向指示尺轉(zhuǎn)角方向莫爾條紋方向 6.4 6.4 光柵光柵 P1 P2 P3 P4 指示光柵 標(biāo)尺光柵 硅光電池 聚光鏡 光源 圖圖光柵測量系統(tǒng)光柵測量系統(tǒng) 光柵測量系統(tǒng)，由光柵測量系統(tǒng)，由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動線路光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件

39、和驅(qū)動線路組成。組成。讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線，經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線，經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，照射光柵尺。光電元件（常使用硅光電池）接受透過光柵尺光強(qiáng)信號，并照射光柵尺。光電元件（常使用硅光電池）接受透過光柵尺光強(qiáng)信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。由于此信號比較微弱，在長距離傳遞時(shí)，很將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。由于此信號比較微弱，在長距離傳遞時(shí)，很容易被各種干擾信號淹沒，造成傳遞失真，驅(qū)動線路的作用就是將電壓信容易被各種干擾信號淹沒，造成傳遞失真，驅(qū)動線路的作用就是將電壓信號進(jìn)行電壓和功率放大。號進(jìn)行電壓和功率放大。 除除標(biāo)尺光柵與工

40、標(biāo)尺光柵與工作臺一起移動外作臺一起移動外，光，光源、聚光鏡、指示光源、聚光鏡、指示光柵、光電元件和驅(qū)動?xùn)?、光電元件和?qū)動線路均裝在一個(gè)殼體線路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上，這件固定在機(jī)床上，這個(gè)部件稱為個(gè)部件稱為光柵讀數(shù)光柵讀數(shù)頭頭，又叫光電轉(zhuǎn)換器，又叫光電轉(zhuǎn)換器，其作用把光柵莫爾條其作用把光柵莫爾條紋的光信號變成電信紋的光信號變成電信號。號。 采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，卻無法判斷移動方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移，從卻無法判斷移動方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是

41、相同的。為了確定運(yùn)動方向，一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運(yùn)動方向，至少要放置兩個(gè)光電元件至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距，兩者相距1/41/4莫爾條紋寬度。莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，當(dāng)光柵移動時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號雖然波形相同，但相位所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號雖然波形相同，但相位相差相差9090o o。根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，可以。根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動方向。確定標(biāo)尺光柵移動方向。 （1 1） 增加線紋密度，能提高光柵檢測裝置的精度，但增加線紋密度，

42、能提高光柵檢測裝置的精度，但制造較困難，成本高。制造較困難，成本高。應(yīng)用光柵，如何提高機(jī)床測量精度？應(yīng)用光柵，如何提高機(jī)床測量精度？ （2 2）通常采用）通常采用倍頻或細(xì)分倍頻或細(xì)分的方法來提高光柵的分辨精的方法來提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔1/41/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動了光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動了1/41/4柵距柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻四倍頻方案。方案。Y6微分微分微分整形P1P2P4P3 差 動放 大器 差

43、動放 大器整形反相反相Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y8微分 B A D C 原理電路圖 sin cos A C B DABCDBCBCCDADABADH2H1sincosABCDABCD正向 相加AB+AD+CD+BC反向 相加BC+CD+AD+AB四倍頻辨向電路波形 若光柵柵距若光柵柵距0.01mm0.01mm，則工作臺每移動，則工作臺每移動0.0025mm0.0025mm，就，就會送出一個(gè)脈沖，即分辨率為會送出一個(gè)脈沖，即分辨率為0.0025mm0.0025mm。由此可見，光。由此可見，光柵檢測系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決柵檢測系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于鑒向倍頻

44、的倍數(shù)。除四倍頻以外，還有十倍頻、二十于鑒向倍頻的倍數(shù)。除四倍頻以外，還有十倍頻、二十倍頻等。倍頻等。 6.5 6.5 編碼盤編碼盤 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。變成電脈沖。 6.5 6.5 編碼盤編碼盤從從輸出信號形式輸出信號形式分，脈沖編碼器分為增量式與絕對式兩類。分，脈沖編碼器分為增量式與絕對式兩類。 從從產(chǎn)生元件產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主式三種，從精度和可靠性來看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主要使用

45、的是光電式脈沖編碼器。要使用的是光電式脈沖編碼器。 型號用型號用 脈沖數(shù)脈沖數(shù)/ /轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)（p/rp/r）分，常用的）分，常用的20002000，25002500，3000p/r, 3000p/r, 現(xiàn)在有現(xiàn)在有1010萬萬p/rp/r以上的產(chǎn)品。以上的產(chǎn)品。 它可以用于角度檢測，也可用于速度檢測。它可以用于角度檢測，也可用于速度檢測。 內(nèi)裝式內(nèi)裝式和和外裝式外裝式。 6.5 6.5 編碼盤編碼盤 接觸式編碼器接觸式編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測裝置，可直接把被測是一種旋轉(zhuǎn)式檢測裝置，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個(gè)角度位置均有其對應(yīng)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個(gè)角度位置均有其對應(yīng)的測量代

46、碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，的測量代碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，電源切電源切除后，位置信息不丟失除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉(zhuǎn)動角度。，仍能讀出轉(zhuǎn)動角度。 6.5.1 6.5.1 接觸式編碼器接觸式編碼器 如圖所示為二進(jìn)制碼盤。它在一個(gè)不導(dǎo)電基體上作成如圖所示為二進(jìn)制碼盤。它在一個(gè)不導(dǎo)電基體上作成許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電，其中有剖面線部分為許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電，其中有剖面線部分為導(dǎo)電區(qū)導(dǎo)電區(qū)，用，用“1 1”表示；其它部分為表示；其它部分為絕緣區(qū)絕緣區(qū)，用，用“0 0”表示。每一徑向，由若表示。每一徑向，由若干同心圓組成的圖案代表了某一絕對計(jì)數(shù)值干同心圓組成的圖案代表了某一絕對計(jì)數(shù)值

47、. .6.5.1 6.5.1 接觸式編碼器接觸式編碼器 通常，我們把組成編碼的各圈稱為通常，我們把組成編碼的各圈稱為碼道碼道，碼盤最里圈是公用的，它，碼盤最里圈是公用的，它和各碼道所有導(dǎo)電部分連在一起，經(jīng)和各碼道所有導(dǎo)電部分連在一起，經(jīng)電刷和電阻電刷和電阻接電源接電源正極正極。在接觸式。在接觸式碼盤的每個(gè)碼道上都裝有碼盤的每個(gè)碼道上都裝有電刷電刷，電刷經(jīng)電阻接到，電刷經(jīng)電阻接到地地。當(dāng)檢測對象帶動碼。當(dāng)檢測對象帶動碼盤一起轉(zhuǎn)動時(shí)，電刷和碼盤的相對位置發(fā)生變化，與電刷串聯(lián)的電阻將盤一起轉(zhuǎn)動時(shí)，電刷和碼盤的相對位置發(fā)生變化，與電刷串聯(lián)的電阻將會出現(xiàn)有電流通過或沒有電流通過兩種情況。會出現(xiàn)有電流通過

48、或沒有電流通過兩種情況。 若回路中的電阻上若回路中的電阻上有電流通過，為有電流通過，為“1 1”；反之，電刷接觸的是絕緣；反之，電刷接觸的是絕緣區(qū)，電阻上區(qū)，電阻上無電流通過，為無電流通過，為“0 0”。如果碼盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動，就可依次得到。如果碼盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動，就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號輸出，圖示為按規(guī)定編碼的數(shù)字信號輸出，圖示為4 4位二進(jìn)制碼盤，根據(jù)電刷位置得到位二進(jìn)制碼盤，根據(jù)電刷位置得到由由“1 1”和和“0 0”組成的二進(jìn)制碼，輸出為組成的二進(jìn)制碼，輸出為00000000、00010001、0010001011111111。格雷碼碼盤（右）格雷碼碼盤（右）特點(diǎn)：二進(jìn)制循環(huán)碼特點(diǎn)：二

49、進(jìn)制循環(huán)碼目的：解決純二進(jìn)制碼盤（左）數(shù)據(jù)讀數(shù)易出現(xiàn)大偏差問題目的：解決純二進(jìn)制碼盤（左）數(shù)據(jù)讀數(shù)易出現(xiàn)大偏差問題 由圖可以看出，碼道的圈數(shù)就是二進(jìn)制的位數(shù)，且由圖可以看出，碼道的圈數(shù)就是二進(jìn)制的位數(shù)，且高位在內(nèi)，低位在外。其分辨角高位在內(nèi)，低位在外。其分辨角360360o o/2/24 4=22.5=22.5o o， 若是若是n n位二進(jìn)制碼盤，就有位二進(jìn)制碼盤，就有n n圈碼道，圈碼道， 分辨角分辨角360360o o/2/2n n， 碼盤位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測量精度越碼盤位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測量精度越高。若要提高分辨力，就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)高。若要提高分辨力，

50、就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)增多。增多。 目前接觸式碼盤一般可以做到目前接觸式碼盤一般可以做到9 9位二進(jìn)制，光電式位二進(jìn)制，光電式碼盤可以做到碼盤可以做到1818位二進(jìn)制。位二進(jìn)制。6.5.1 6.5.1 接觸式編碼器接觸式編碼器 光電式光電式脈沖編碼脈沖編碼器，它由器，它由光源、聚光源、聚光鏡、光光鏡、光電碼盤、電碼盤、光欄板、光欄板、光電元件光電元件和信號處和信號處理電路理電路等等組成。組成。6.5.2 6.5.2 光電式編碼器光電式編碼器 光電碼盤光電碼盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。到幾千條不等。 光欄板光欄板也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。條，