數(shù)控技術(shù)(檢測2)

1、從上分析可知，光柵移動(dòng)一個(gè)從上分析可知，光柵移動(dòng)一個(gè)柵距柵距，莫爾條紋移動(dòng)了一個(gè)條，莫爾條紋移動(dòng)了一個(gè)條紋間距紋間距W。電壓輸出按正弦函數(shù)周期變化，通過電路整形處理，。電壓輸出按正弦函數(shù)周期變化，通過電路整形處理，變成脈沖輸出。脈沖數(shù)和條紋數(shù)與移過的柵距數(shù)一一對(duì)應(yīng)。故變成脈沖輸出。脈沖數(shù)和條紋數(shù)與移過的柵距數(shù)一一對(duì)應(yīng)。故有：有： X=N 其中：其中： X位移量位移量 N條紋數(shù)條紋數(shù) 柵距柵距光柵傳感器實(shí)現(xiàn)了光柵傳感器實(shí)現(xiàn)了位移量由非電量到電量的轉(zhuǎn)換位移量由非電量到電量的轉(zhuǎn)換，但為了辨，但為了辨別位移的方向，提高測量精度及數(shù)字顯示，要把傳感器輸出的信別位移的方向，提高測量精度及數(shù)字顯示，要把傳感

2、器輸出的信號(hào)輸入顯示表做進(jìn)一步處理。號(hào)輸入顯示表做進(jìn)一步處理。1 1）辨向原理）辨向原理 位移是有方向的，當(dāng)工作臺(tái)正向移動(dòng)時(shí)，得到的脈沖數(shù)累位移是有方向的，當(dāng)工作臺(tái)正向移動(dòng)時(shí)，得到的脈沖數(shù)累加，反向移動(dòng)時(shí)從已累加的脈沖數(shù)減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)。加，反向移動(dòng)時(shí)從已累加的脈沖數(shù)減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一想法，在相距為了實(shí)現(xiàn)這一想法，在相距W/4（條紋間距）（條紋間距）的位置上設(shè)置光柵元件的位置上設(shè)置光柵元件1和和2，得到兩個(gè)相位差，得到兩個(gè)相位差90的正弦信號(hào)的正弦信號(hào)u1和和u2插入到辨向電路中。插入到辨向電路中。辨向點(diǎn)路原理圖辨向點(diǎn)路原理圖工作原理：工作原理：設(shè)設(shè)正向正向位移時(shí)，位移時(shí)，

3、u1比比u2輸輸出電壓超前出電壓超前90相位角，相位角， u1、u2經(jīng)整形放大后，得經(jīng)整形放大后，得到兩個(gè)方波信號(hào)到兩個(gè)方波信號(hào)u1,u2。從正向移動(dòng)各點(diǎn)方波可得，從正向移動(dòng)各點(diǎn)方波可得，Y1輸出為輸出為0，Y2有信號(hào)輸有信號(hào)輸出，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于移過莫出，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于移過莫爾條紋數(shù)。爾條紋數(shù)。Y1、Y2輸入到觸發(fā)器，使觸發(fā)器輸入到觸發(fā)器，使觸發(fā)器 Q=1， =0；在觸發(fā)器控制下，；在觸發(fā)器控制下，可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)算?？赡嬗?jì)數(shù)器做加法計(jì)算。H輸入到可逆計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端，記輸入到可逆計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端，記錄正向位移量。當(dāng)測量反向位移時(shí)，錄正向位移量。當(dāng)測量反向位移時(shí)，u2超前超前u190相位角。相位

4、角。 Y1有信號(hào)輸出，有信號(hào)輸出，Y2輸出為輸出為0；觸發(fā)器；觸發(fā)器 Q=0， =1，計(jì)數(shù)器做減，計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)。反向位移量由法計(jì)數(shù)。反向位移量由Y1輸入到可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，以輸入到可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，以記錄反向位移量。記錄反向位移量。QQl 當(dāng)指示光柵相標(biāo)尺光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)，四個(gè)硅光電池當(dāng)指示光柵相標(biāo)尺光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)，四個(gè)硅光電池Pl，P2、P3、P4產(chǎn)生產(chǎn)生四路相差四路相差9090相差的正弦信號(hào)相差的正弦信號(hào)。將兩組相差。將兩組相差180 兩兩個(gè)正余弦信號(hào)個(gè)正余弦信號(hào)1、3和和2、4分別送入兩個(gè)差動(dòng)放大器，輸出經(jīng)放大分別送入兩個(gè)差動(dòng)放大器，輸出經(jīng)放大整形后，得兩路相差整形后，得兩

5、路相差90 的方波信號(hào)的方波信號(hào)A和和Bo。A和和B兩路方波一兩路方波一路經(jīng)微分器微分后，得到前沿的兩路尖脈沖路經(jīng)微分器微分后，得到前沿的兩路尖脈沖A和和B；另一路經(jīng)；另一路經(jīng)反向器，得到分別與反向器，得到分別與A和和B相差相差180 的兩路等寬脈沖的兩路等寬脈沖C和和D。C和和D再經(jīng)微分器微分后，得兩路尖脈沖再經(jīng)微分器微分后，得兩路尖脈沖C和和D。四路尖脈沖按相。四路尖脈沖按相位關(guān)系經(jīng)與門和位關(guān)系經(jīng)與門和A、B、C、D相與，再輸出給或門，輸出正反向相與，再輸出給或門，輸出正反向信號(hào)其中信號(hào)其中AB、AD、CD、BC分別通過分別通過Y1、Y2、Y3、Y4輸輸出給或門出給或門H 1，得正向脈沖，

6、而，得正向脈沖，而BC、AB、AD、CD通過通過Y5、Y6、Y7、Y8輸出給或門輸出給或門H2，得反內(nèi)脈沖。當(dāng)正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，得反內(nèi)脈沖。當(dāng)正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，H1有脈沖信號(hào)輸出，有脈沖信號(hào)輸出，H2則保持低平；而反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則保持低平；而反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，H2有脈沖信有脈沖信號(hào)輸出，號(hào)輸出，H1則保持低電平。這樣，當(dāng)柵距為則保持低電平。這樣，當(dāng)柵距為l/50mm(20m)時(shí)：時(shí)：四倍額后每個(gè)脈沖當(dāng)員為四倍額后每個(gè)脈沖當(dāng)員為5m，即分辨率提高了，即分辨率提高了4倍。倍。l 光柵輸出給數(shù)控裝置的信號(hào)有兩種，光柵輸出給數(shù)控裝置的信號(hào)有兩種，方波信號(hào)方波信號(hào)和正弦波號(hào)。和正弦波號(hào)。對(duì)方波信號(hào)，可進(jìn)行二倍頻和四倍頻對(duì)方

7、波信號(hào)，可進(jìn)行二倍頻和四倍頻處理，但最高為四倍頻；處理，但最高為四倍頻；l 對(duì)連續(xù)變化的正弦波信號(hào)，可采用對(duì)連續(xù)變化的正弦波信號(hào)，可采用相位跟蹤細(xì)相位跟蹤細(xì)分，分，進(jìn)一步提高分辨率。其原理是進(jìn)一步提高分辨率。其原理是將輸出信號(hào)與相將輸出信號(hào)與相對(duì)相位基難信號(hào)比較，當(dāng)相位差超過一定門檻時(shí)，對(duì)相位基難信號(hào)比較，當(dāng)相位差超過一定門檻時(shí)，移相脈沖門輸出移相脈沖，同時(shí)使相對(duì)相位基準(zhǔn)信移相脈沖門輸出移相脈沖，同時(shí)使相對(duì)相位基準(zhǔn)信號(hào)跟蹤測量信號(hào)變化。號(hào)跟蹤測量信號(hào)變化。這樣每一移相脈沖使相對(duì)相這樣每一移相脈沖使相對(duì)相依基準(zhǔn)移相依基準(zhǔn)移相360n度，即可實(shí)現(xiàn)度，即可實(shí)現(xiàn)n倍細(xì)分，有八倍倍細(xì)分，有八倍頻、十倍頻

8、、二十倍頻或更高。頻、十倍頻、二十倍頻或更高。3 3 反射讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭（如圖（如圖5-4所示所示）這種讀數(shù)頭用于這種讀數(shù)頭用于2550線線/mm以下的反射光柵系統(tǒng)。以下的反射光柵系統(tǒng)。平行光以與光柵法平面成平行光以與光柵法平面成入射角照射在光柵入射角照射在光柵G1反反射面上，反射光在射面上，反射光在G2上形成莫爾條紋經(jīng)上形成莫爾條紋經(jīng)L2聚焦在焦聚焦在焦平面的光電管平面的光電管P上上。伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)數(shù)字字顯顯示示尺尺磁磁檢檢測測電電路路磁磁磁尺位置檢測裝置磁尺位置檢測裝置 磁性標(biāo)尺是在磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料非導(dǎo)磁材料如如銅、不銹鋼、玻銅、不銹鋼、玻璃璃或其他合金材料的基體上，用或其他合

9、金材料的基體上，用涂敷、化學(xué)沉積涂敷、化學(xué)沉積或電鍍或電鍍的一層的一層1020um的導(dǎo)磁材料（的導(dǎo)磁材料（Ni-Co或或Fe-Co合金），在它的表面上錄制相等合金），在它的表面上錄制相等節(jié)距周期節(jié)距周期變化的磁信號(hào)變化的磁信號(hào)。為了防止磁頭對(duì)磁性膜的磨損，。為了防止磁頭對(duì)磁性膜的磨損，通常在磁性膜上涂一層厚通常在磁性膜上涂一層厚12mm的耐磨塑料保護(hù)的耐磨塑料保護(hù)層。層。v磁性標(biāo)尺：磁性標(biāo)尺：磁尺按磁尺按基本形狀基本形狀分為分為平面實(shí)體形平面實(shí)體形 磁尺磁尺一般長度為一般長度為600mm帶帶 狀狀 磁磁 尺尺基體厚基體厚0.2mm，寬，寬70mm線線 狀狀 磁磁 尺尺 長度小于長度小于1.5m

10、，套裝在磁頭內(nèi)，套裝在磁頭內(nèi)圓圓 形形 磁磁 尺尺 做成做成磁盤狀磁盤狀，檢測，檢測角位移角位移 表面錄有表面錄有相等節(jié)距相等節(jié)距（一般為（一般為0.05，0.1，0.2，1mm）周期變化的磁信號(hào)。）周期變化的磁信號(hào)。N N N NN N N NS S S SS S S S N N N N S S S S N N N N S S S S磁磁尺尺N N磁磁頭頭U Ux2sinl 磁尺檢測是磁尺檢測是模擬量測量模擬量測量，必須和必須和檢測電路相配合才能檢測檢測電路相配合才能檢測。它由。它由激磁激磁電路、讀取信號(hào)濾波、放大、整形、電路、讀取信號(hào)濾波、放大、整形、倍頻、細(xì)分、數(shù)字化和計(jì)數(shù)倍頻、細(xì)分、數(shù)

11、字化和計(jì)數(shù)等線路組等線路組成。檢測方法不同，可分為鑒幅、鑒成。檢測方法不同，可分為鑒幅、鑒相兩種相兩種。xuu2sin1xuu2cos2xuu2sin1xuu2cos2txuucos2sin1txuusin2cos2)2sin(txuu若若相位不同相位不同，則在兩方波的上升沿之間，則在兩方波的上升沿之間插入頻率為插入頻率為2MHz的脈沖；的脈沖；兩波相位差越大，插入脈沖越多，兩波相位差為零，無插入脈沖，兩波相位差越大，插入脈沖越多，兩波相位差為零，無插入脈沖，這樣就可檢測位移量這樣就可檢測位移量x的值，檢測精度可達(dá)的值，檢測精度可達(dá)10.1m。3 多間隙磁頭多間隙磁頭使用使用單個(gè)磁頭單個(gè)磁頭的

12、的輸出信號(hào)輸出信號(hào)很小，實(shí)際使用中常很小，實(shí)際使用中常將幾個(gè)到幾十個(gè)磁頭以一定的方式聯(lián)接起來，將幾個(gè)到幾十個(gè)磁頭以一定的方式聯(lián)接起來，組成組成多間隙磁頭多間隙磁頭。多間隙磁頭中的每一個(gè)磁頭。多間隙磁頭中的每一個(gè)磁頭都以相同的間距都以相同的間距m/2配置，相鄰兩個(gè)磁頭的輸配置，相鄰兩個(gè)磁頭的輸出繞組出繞組反向串接反向串接。如圖（多間隙磁頭）。如圖（多間隙磁頭）N NN NN NN NS SS SS SS SN NN NS SS SN NN NS SS S磁磁 尺尺N N磁磁 頭頭U U旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種是一種角度測量角度測量元件，它是一種小型交流元件，它是一種小型交流電機(jī)。電機(jī)。組成：組

13、成：在結(jié)構(gòu)上與在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。為變壓器的副邊。激磁電壓激磁電壓接接定子繞組定子繞組，激磁頻率通常為，激磁頻率通常為400H400H、500H500H、1000H1000H、3000H3000H、5000H5000H；特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作靈敏；）結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作靈敏； 2 2）對(duì)環(huán)境無特殊要求，維護(hù)方便；）對(duì)環(huán)境無特殊要求，維護(hù)方便； 3 3）輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。）輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。l

14、11轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸， 2 2外殼，外殼，33分解器定子，分解器定子， 4 4分解器定子繞組，分解器定子繞組， 5 5變壓變壓器一次線圈，器一次線圈， 6 6變壓器轉(zhuǎn)子，變壓器轉(zhuǎn)子，77分解器轉(zhuǎn)子繞組，分解器轉(zhuǎn)子繞組，88分解器轉(zhuǎn)子，分解器轉(zhuǎn)子，9變壓器二次線圈，變壓器二次線圈， 10定子線軸定子線軸l工作原理：工作原理： 當(dāng)激磁電壓當(dāng)激磁電壓U U1 1加到定子繞組時(shí)，通過加到定子繞組時(shí)，通過電磁耦合電磁耦合，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如圖（子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如

15、圖（a a）所示，）所示，激磁磁通不穿過轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓激磁磁通不穿過轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓U U2 2為為0 0。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U U2 2為：為： 激磁電壓：激磁電壓：U U1 1=U=Um m sinsintt 感應(yīng)電壓：感應(yīng)電壓：U U2 2=KU=KU1 1sinsin= K UK Um m sinsintt sinsin 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器作為作為位置檢測裝置位置檢測裝置有兩種應(yīng)用方式：有兩種應(yīng)用方式：鑒相方式鑒相方式和和鑒幅方式鑒幅方式。

16、在在旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相正交繞組，又稱為正弦定子的兩相正交繞組，又稱為正弦和余弦繞組上，分別加上和余弦繞組上，分別加上幅值相等幅值相等、頻率相同頻率相同的的正弦、余弦激磁電壓。正弦、余弦激磁電壓。 Us=Um sint Uc=Um cost轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，兩個(gè)激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，兩個(gè)激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓線性疊加得總感應(yīng)電壓為：感應(yīng)電壓線性疊加得總感應(yīng)電壓為： U=kUssin +kUccos =kUmcos(t-) 由上式可知感應(yīng)電壓的由上式可知感應(yīng)電壓的相位角相位角就等于轉(zhuǎn)子的就等于轉(zhuǎn)子的機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)角械轉(zhuǎn)角。因此只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角。因此只要檢測

17、出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，而且旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，而且旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和伺服電機(jī)或傳動(dòng)軸連接在一起的，從而可以求是和伺服電機(jī)或傳動(dòng)軸連接在一起的，從而可以求得執(zhí)行部件的得執(zhí)行部件的角位移角位移。給定子的兩個(gè)繞組分別通上頻率、相位相同但幅值給定子的兩個(gè)繞組分別通上頻率、相位相同但幅值不同，即調(diào)幅的少許磁電壓（不同，即調(diào)幅的少許磁電壓（為機(jī)械轉(zhuǎn)角）。為機(jī)械轉(zhuǎn)角）。 Us=Umsinsint Uc=Umcossint則在轉(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為：則在轉(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為：U =kUssin +kUccos =kUm sint (sin sin +cos cos ) =kUm