數(shù)控機床的位置檢測裝置培訓課件

第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置第一節(jié)數(shù)控機床中位置檢測裝置所起的作用與要求第二節(jié)數(shù)控機床位置檢測裝置的分類第三節(jié)位置檢測裝置的主要性能指標第四節(jié)常用位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理3.1位置檢測裝置的作用與要求位置檢測裝置是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，在第二章中我們知道：在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機床中，必須利用位置檢測裝置把機床運動部件的實際位移量隨時檢測出來，與給定的控制值(指令信號)進行比較，從而控制驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)，使工作臺(或刀具)按規(guī)定的軌跡和坐標移動。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.1位置檢測裝置的作用與要求1）穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強。數(shù)控機床的工作環(huán)境存在油污、潮濕、灰塵、沖擊振動等，檢測裝置要能夠在這樣的惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定，并且受環(huán)境溫度影響小，能夠抵抗較強的電磁干擾。2）滿足精度和速度的要求。為保證數(shù)控機床的精度和效率，檢測裝置必須具有足夠的精度和檢測速度，位置檢測裝置分辨率應高于數(shù)控機床的分辨率一個數(shù)量級。3）安裝維護方便、成本低廉。受機床結(jié)構(gòu)和應用環(huán)境的限制，要求位置檢測裝置體積小巧，便于安裝調(diào)試。盡量選用價格低廉，性能價格比高的檢測裝置。數(shù)控機床加工精度，在很大程度上取決于數(shù)控機床位置檢測裝置的精度，因此，位置檢測裝置是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，它對于提高數(shù)控機床的加工精度有決定性的作用。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類數(shù)控機床的位置檢測裝置類型很多，按檢測信號的類型可分為數(shù)字式和模擬式；按檢測量的基準可分為增量式和絕對式；按測量值的性質(zhì)可分為直接測量和間接測量。對于不同類型的數(shù)控機床，因工作條件和檢測要求不同，應采用不同的檢測方式。

1）按輸出信號的形式分類：

數(shù)字式:模擬式:將被測量以數(shù)字形式表示，測量信號一般為電脈沖。將被測量以連續(xù)變化的物理量來表示（電壓相位/電壓幅值變化）脈沖編碼器、光柵等測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器和磁尺等第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類2）按測量基點的類型分類:

增量式：絕對式：只測量位移增量，并用數(shù)字脈沖的個數(shù)表示單位位移的數(shù)量。測量的是被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標位置。脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光柵、磁柵、激光干涉儀等絕對式脈沖編碼器、三速式絕對編碼器（或稱多圈式絕對編碼器）等。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類2）按位置檢測元件的運動形式分類：

回轉(zhuǎn)型:直線型:測量直線位移測量角位移第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類3）按位置檢測元件的安裝位置分類間接測量:直接測量:間接測量是將位置檢測裝置安裝在執(zhí)行部件前面的傳動元件或驅(qū)動電機軸上，測量其角位移，經(jīng)過轉(zhuǎn)換以后才能得到執(zhí)行部件的直線位移。直接測量是將位置檢測裝置安裝在執(zhí)行部件（即末端件）上，直接測量執(zhí)行部件末端件的直線位移或角位移。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.3位置檢測裝置的主要性能指標

1）精度

檢測精度是指檢測裝置在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差的最大值。數(shù)控機床用傳感器要滿足高精度和高速實時測量的要求。直線位移檢測精度通常在±0.002～0.02mm/m、角位移檢測精度在±0.4″～1″/360°。

2）分辨率

位置檢測裝置能檢測的最小位置變化量稱作分辨率。分辨率應適應機床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辨率的高低，對系統(tǒng)的性能和運行平穩(wěn)性具有很大的影響。檢測裝置的分辨率一般按機床加工精度的1／3～1／10選?。ㄒ簿褪钦f，位置檢測裝置的分辨率要高于機床加工精度）。直線位移分辨率一般為1μm，高精度系統(tǒng)分辨率可達0.001μm、角位移分辨率可達0.01″/360°第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.3位置檢測裝置的主要性能指標

3）靈敏度輸出信號的變化量相對于輸入信號變化量的比值為靈敏度。實時測量裝置不但要靈敏度高，而且輸出、輸入關(guān)系中各點的靈敏度應該是一致的。

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。數(shù)控伺服系統(tǒng)的傳感器要求遲滯小。

5）測量范圍和量程傳感器的測量范圍要滿足系統(tǒng)的要求，并留有余地。

6）零漂與溫漂零漂與溫漂是在輸入量沒有變化時，隨時間和溫度的變化，位置檢測裝置的輸出量發(fā)生了變化。傳感器的漂移量是其重要性能標志，零漂和溫漂反映了隨時間和溫度的改變，傳感器測量精度的微小變化。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4常用位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器

第三章數(shù)數(shù)控機床床的位置檢檢測裝置3.4常常用位置檢檢測裝置的的結(jié)構(gòu)和工工作原理3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器又又稱同步分分解器，是是利用變壓壓器原理實實現(xiàn)角位移移測量的檢檢測裝置。。它屬于模模擬式測量量裝置，具有輸出信信號幅值大大、抗干擾擾能力強、、結(jié)構(gòu)簡單單、動作靈靈敏、性能能可靠等特特點，同時時，對環(huán)境境條件要求求不高，廣廣泛用于半半閉環(huán)進給給伺服驅(qū)動動系統(tǒng)中。。但其信號處處理比較復復雜。它將機械轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角變換成成與該轉(zhuǎn)角角呈某一函函數(shù)關(guān)系的的電信號，，可用于角角位移測量量。在結(jié)構(gòu)構(gòu)上與二相相線繞式異異步電動機機相似，由由定子和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組成。。勵磁電壓壓接到定子子繞組上，，轉(zhuǎn)子繞組組輸出感應應電壓，輸輸出電壓隨隨被測角位位移的變化化而變化。。第三章數(shù)數(shù)控機床床的位置檢檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器1.分類根據(jù)轉(zhuǎn)子繞繞組兩種不不同的引出出方式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器分分有刷式和和無刷式。。有刷式旋旋轉(zhuǎn)變壓器器的特點是是結(jié)構(gòu)簡單單，體積小小，但因電電刷與滑環(huán)環(huán)是機械滑滑動接觸的的，所以可可靠性差，，壽命短。。無刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器無無電刷和滑滑環(huán)，其輸輸出信號大大、可靠性性高、壽命命長及不用用維修等優(yōu)優(yōu)點，因此此得到廣泛泛應用。旋轉(zhuǎn)變壓器器根據(jù)變壓壓器的磁極極對數(shù)不同同可分為單極式和多極式。單極式旋旋轉(zhuǎn)變壓器器的定子與與轉(zhuǎn)子上僅僅一對磁極極，多極式式旋轉(zhuǎn)變壓壓定子與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上有多多對磁極，，與單極式式相比增加加了電氣轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角與機械械轉(zhuǎn)角的倍倍數(shù)，用于于高精度絕絕對式檢測測系統(tǒng)。在數(shù)控機床床上應用較較多的是雙雙極式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器。。第三章數(shù)數(shù)控機床床的位置檢檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器2.旋轉(zhuǎn)變壓器器的工作原原理根據(jù)互感原原理工作的的，定子繞繞組加上勵磁電電壓，通過過電磁耦合合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感感應電功勢勢。輸出感應電電功勢大小小與轉(zhuǎn)子位位置有關(guān)，就是是通過測量量被測軸的的轉(zhuǎn)角來間接測量工工作臺的位位移。第三章數(shù)數(shù)控機床床的位置檢檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器2.旋轉(zhuǎn)變壓器器的工作原原理因此，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組輸輸出電壓的的幅值是嚴嚴格地按轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角角θ的正弦弦規(guī)律變化化的，由此此可知，只只要測量出出旋轉(zhuǎn)變壓壓器轉(zhuǎn)子繞繞組輸出電電壓的幅值值，就能測測量出轉(zhuǎn)子子偏轉(zhuǎn)角θθ。旋轉(zhuǎn)變壓器器可單獨和和滾珠絲杠杠相連，也也可與伺服服電動機組組成一體。。3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器器可以通過過輸出電壓壓的相位或或輸出電壓壓的幅值來來反映所測測位移量的的大小，因因此其工作作方法有鑒相型方式式和鑒幅型方式式兩種。1）鑒相型型方式在旋轉(zhuǎn)變壓壓器的兩個個定子繞組組中，分別別通入同幅幅、同頻，，但相位差π/2的交流勵磁磁電壓U1s和U1c，即：當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，這兩個勵勵磁電壓在在轉(zhuǎn)子繞組組中產(chǎn)生的的感應電壓壓經(jīng)疊加，，得到轉(zhuǎn)子子的輸出電電壓U2：：式中K——電磁磁耦合系數(shù)數(shù)，k<1；θ——輸出出電壓的相相位角（即即轉(zhuǎn)子的偏偏轉(zhuǎn)角）。。當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，同樣可以以得到輸出出電壓U2：由此可見，，轉(zhuǎn)子輸出出電壓的相相位角ωt+θ和θθ間有對應應關(guān)系。檢檢測出ωt+θ，，便能得到到θ值（即即被測軸角角位移）。。實際應用用時，把定定子余弦繞繞組勵磁電電壓的相位位ωt作為為基準相位位，與轉(zhuǎn)子子輸出電壓壓U2的相相位ωt+θ比較，，從而確定定θ大小。。3.4.1旋轉(zhuǎn)變變壓器2）鑒幅型型方式在旋轉(zhuǎn)變壓壓器的兩個個定子繞組組中，分別別通入同相相、同頻，，但幅值分別按正弦弦和余弦變變化的勵磁磁電壓U1s和U1c，即:式中：αα——勵磁磁電壓的相相位角。當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，這兩兩個勵磁電電壓在轉(zhuǎn)子子繞組中產(chǎn)產(chǎn)生的感應應電壓經(jīng)疊疊加，得到到轉(zhuǎn)子的輸輸出電壓U2：當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，輸出出電壓U2：由此可見，，若電氣角角α已知，，測出輸出出電壓的幅幅值kUmcos（αα－θ）便便能求出θθ角（即被被測軸的角角位移）。。實際測量量時，不斷斷的修改定定子勵磁電電壓的幅值值（等效于于修改α角角），使它它跟蹤θ變變化，使kUmcos（αα－θ）=0。當αα=θ，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的感應應電壓最大大。通過計計算定子勵勵磁電壓的的幅值計算算出相位角角α，從而而得出θ的的大小。問題由角位位移如如何計計算直直線位位移？？第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.2感感應同同步器器感應同同步器器是旋旋轉(zhuǎn)變變壓器器演變變而來來，也也是一一種電電磁感感應式式的位位移檢檢測裝裝置。。按結(jié)構(gòu)構(gòu)和用用途可可分為為直線線感應應同步步器和和圓盤盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式感感應同同步器器兩類類，直直線感感應同同步器器用于于測量量直線線位移移，圓圓盤旋旋轉(zhuǎn)式式感應應同步步器用用于測測量角角位移移，兩兩者的的工作作原理理基本本相同同。感應同同步器器具有有較高高的測測量精精度和和分辨辨率，，工作作可靠靠，抗抗干擾擾能力力強，，使用用壽命命長。。目前前，直直線式式感應應同步步器的的測量量精度度可達達1.5μμm，，測量量分辨辨率可可0.05μm，并并可測測量較較大位位移。。因此此，感感應同同步器器廣泛泛應用用于坐坐標鏜鏜床、、坐標標銑床床及其其他機機床的的定位位；旋旋轉(zhuǎn)式式感應應同步步器常常用于于雷達達天線線定位位跟蹤蹤、精精密機機床或或測量量儀器器的分分度裝裝置等等。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.2感感應同同步器器第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.2感感應同同步器器1.直直線線型感應同步器器的結(jié)結(jié)構(gòu)直線式式感應應同步步器由由定尺尺和滑滑尺兩兩部分分組成成，下下圖是是感應應同步步器結(jié)結(jié)構(gòu)示示意圖圖。定定尺和和滑尺尺分別別安裝裝在機機床床床身和和移動動部件件上，，定尺尺或滑滑尺隨隨工作作臺一一起移移動，，兩者者平行行放置置，保保持0.2～0.3mm間隙隙。標標準的的感應應同步步器定定尺250mm，尺尺上有有一組組感應應繞組組；滑滑尺長長100mm，，感應同同步器器在實實際應應用時時，如如果被被測量量的位位移長度比比定尺尺長，，怎樣樣解決決呢？？第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.2感感應同同步器器1.直直線線型感應同步器器的結(jié)結(jié)構(gòu)尺上有有兩組組勵磁磁繞組組，一一組為為正弦弦勵磁磁繞組組Us，一一組為為余弦弦勵磁磁繞組組Uc。繞繞組的的節(jié)距距與定定尺繞繞組節(jié)節(jié)距相相同，，均為為2mm，，用ττ表示示。當當正弦弦勵磁磁繞組組與定定尺繞繞組對對齊時時，余余弦勵勵磁繞繞組與與定尺尺繞組組相差差1／／4節(jié)節(jié)距。。由于于定尺尺繞組組是均均勻的的，因因此，，滑尺尺上的的兩個個繞組組在空空間位位置上上相差差1／／4節(jié)節(jié)距，，即ππ/2相相位角角。W可以看看出：：滑尺尺在移移動一一個節(jié)節(jié)距的的過程程中，，感應應電勢勢變化化了一一個周周期。。圖定定尺繞繞組感感應電電動勢勢產(chǎn)生生原理理顯然在在定尺尺和滑滑尺的的相對對位移移中，，感應應電壓壓呈周周期性性變化化，其其波形形為余余弦函函數(shù)。。在滑滑尺移移動一一個節(jié)節(jié)距的的過程程中，，感應應電壓壓變化化了一一個余弦周周期。同樣，，若在在滑尺尺的余余弦繞繞組中中通以以交流流勵磁磁電壓壓，也也能得得出定定尺繞繞組中中感應應電壓壓與兩兩尺相相對位位移的的關(guān)系系曲線線，它它們之之間為為正弦函函數(shù)關(guān)系。。若勵磁磁電壓壓u＝Umsinωt則定尺尺繞組組產(chǎn)生生的感感應電電勢ee＝kUmcosθcosωt式中Um——勵磁磁電壓壓幅值值(V)；；ω—勵磁磁電壓壓角頻頻率(rad/s)；k—比比例常常數(shù)，，其值值與繞繞組間間最大互互感系系數(shù)有有關(guān)；；θ—滑尺尺相對對定尺尺在空空間的的相位角。。在一個個節(jié)距距W內(nèi)內(nèi)，位移x與θ的關(guān)系系應為為θ＝2πx/W感應同同步器器就是是利用用感應應電勢勢的變變化，，來檢檢測在在一個個節(jié)距距W內(nèi)內(nèi)的位位移量量，為為絕對對式測測量。。例：感感應電電勢與與勵磁磁電壓壓相位位差θ=1.8°°，節(jié)節(jié)距W=2mm，由由θ=2πx/W，則則X=0.01mm感應同同步器器作為為位置置測量量裝置置在數(shù)數(shù)控機機床上上有兩兩種工工作方方式：：鑒相式式和鑒幅式式。鑒相式式：在該工工作方方式下下，給給滑尺尺的正正弦繞繞組和和余弦弦繞組組分別別通上上幅值值、頻頻率相相同，，而相相位角角相差差ππ/2的交交流電電壓：：Us=UmsinωωtUc=Umcosωωt激磁信信號將將在空空間產(chǎn)產(chǎn)生一一個以以ω為為頻率率移動動的電電磁波波。磁磁場切切割定定尺導導線，，并在在其中中感應應出電電動勢勢，該該電動動勢隨隨著定定尺與與滑尺尺位置置的不不同而而產(chǎn)生生超前前或滯滯后的的相位位差θθ。根根據(jù)滑滑尺在在定尺尺上的的感應應電壓壓關(guān)系系，分分別在在定尺尺繞組組上得得到感感應電電勢為為：es＝＝kUmcosθcosωtec＝＝－kUmcos(θ＋π/2)sinωt＝kUmsinθsinωt根據(jù)疊疊加原原理，，定尺尺繞組組上總總輸出出感應應電勢勢e為為e＝es＋＋ec＝kUmcosθcosωt＋kUmsinθsinωt＝kUmcos(ωt－θ)＝kUmcos(ωt－2πx/W)根據(jù)上上式，，通過過鑒別別定尺尺輸出出的感感應電電勢的的相位位，即即可測測量定定尺和和滑尺尺之間間的相相對位位置。。感應同同步器器的鑒鑒相方方式用用在相相位比比較伺伺服系系統(tǒng)中中。鑒幅方方式：：根據(jù)定定尺輸輸出的的感應應電勢勢的振振幅變變化來來檢測測位移移量。?；叩牡恼蚁?、余余弦繞繞組勵勵磁電電壓為為同頻頻率、、同相相位，，但不不同幅幅值，，即us＝＝Umsinθdsinωtuc＝＝Umcosθdsinωt式中θd—勵勵磁電電壓的的給定定相位位角分別勵勵磁時時，在在定尺尺繞組組上產(chǎn)產(chǎn)生的的輸出出感應應電勢勢分別別為：：es＝＝kUmsinθdcosθcosωtec＝＝kUmcosθdcos(θ＋π/2)cosωt＝－kUmcosθdsinθcosωt根據(jù)疊疊加原原理，，定尺尺上輸輸出總總感應應電勢勢為e＝es＋＋ec＝kUm(sinθdcosθ－cosθdsinθ)cosωt＝kUmsin(θd－－θ)cosωt＝kUmsin(θd－2πx/W)cosωt設初始始狀態(tài)態(tài)θd＝θ，則e＝0。當當滑尺尺相對對定尺尺有一一位移移，使使θ變?yōu)棣龋う?，則感感應電電勢增增量為為Δe≈kUmΔxcosωt式中Δθ=2πΔΔx/W由此可可知，，在Δx較小小的情情況下下，Δe與Δx成正正比，，也就就是鑒鑒別Δe幅值值，即即可測測Δx大小小。當當Δx較大大時，，通過過改變變θd，使使θd＝θ,使Δe＝0，根根據(jù)θd可以以確定定θ，從而而確定定位移移量Δx。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器旋轉(zhuǎn)編編碼器器是一一種旋旋轉(zhuǎn)式式的角位移移檢測測裝置置，在數(shù)數(shù)控機機床中中得到到了廣廣泛的的使用用。旋旋轉(zhuǎn)編編碼器器通常常安裝裝在被被測軸軸上，，隨被被測軸軸一起起轉(zhuǎn)動動，直直接將將被測測角位位移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成數(shù)字字(脈脈沖)信號號，所所以也也稱為為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)脈沖沖編碼碼器，，這種種測量量方式式?jīng)]有有累積積誤差差。旋旋轉(zhuǎn)編編碼器器也可可用來來檢測測轉(zhuǎn)速速。第三章數(shù)數(shù)控控機床的的位置檢檢測裝置置3.4.3編編碼器按輸出信信號形式式，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)編碼器器可以分分為增量量式和絕絕對式兩兩種類型型。常用的增增量式旋旋轉(zhuǎn)編碼碼器為增增量式光光電編碼碼器，其其原理如如圖所示示。增量式光光電編碼碼器示意意原理增量式式光電電編碼碼器檢檢測裝裝置由由光源源、聚聚光鏡鏡、光光柵盤盤、光光柵板板、光光電管管、信信號處處理電電路等等組成成。光光柵盤盤和光光柵板板用玻玻璃研研磨拋拋光制制成，，玻璃璃的表表面在在真空空中鍍鍍一層層不透透明的的鉻，，然后后用照照相腐腐蝕法法，在在光柵柵盤的的邊緣緣上開開有間間距相相等的的透光光狹縫縫。在在光柵柵板上上制成成兩條條狹縫縫，每每條狹狹縫的的后面面對應應安裝裝一個個光電電管。。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器當光柵柵盤隨隨被測測工作作軸一一起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時時，每每轉(zhuǎn)過過一個個縫隙隙，光光電管管就會會感受受到一一次光光線的的明暗暗變化化，使使光電電管的的電阻阻值改改變，，這樣樣就把把光線線的明明暗變變化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成成電信信號的的強弱弱變化化，而而這個個電信信號的的強弱弱變化化近似似于正正弦波波的信信號，，經(jīng)過過整形形和放放大等等處理理，變變換成成脈沖沖信號號。通通過計計數(shù)器器計量量脈沖沖的數(shù)數(shù)目，，即可可測定定旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運動動的角角位移移；通通過計計量脈脈沖的的頻率率，即即可測測定旋旋轉(zhuǎn)運運動的的轉(zhuǎn)速速，測測量結(jié)結(jié)果可可以通通過數(shù)數(shù)字顯顯示裝裝置進進行顯顯示或或直接接輸入入到數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)中中。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器增量式式光電電編碼碼器外外形結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖實際應應用的的光電電編碼碼器的的光柵柵板上上有兩兩組條條紋A、A和B、B，A組與與B組組的條條紋彼彼此錯錯開1／4節(jié)距距，兩兩組條條紋相相對應應的光光敏元元件所所產(chǎn)生生的信信號彼彼此相相差90°°相位位，用用于辨辨向。。此外，，在光光電碼碼盤的的里圈圈里還還有一一條透透光條條紋C(零零標志志刻線線)，，用以以每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生生一個個脈沖沖，該該脈沖沖信號號又稱稱零標標志脈脈沖，，作為為測量量基準準。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器光電編編碼器器的輸輸出波波形通過光光欄板板兩條條狹縫縫的光光信號號A和和B，，相位位角相相差90°°，通通過光光電管管轉(zhuǎn)換換并經(jīng)經(jīng)過信信號的的放大大整形形后，，成為為兩相相方波波信號號。根據(jù)先先后順順序，，即可可判斷斷光電電盤的的正反反轉(zhuǎn)。。若A相超超前于于B相相，對對應電電動機機正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；若若B相相超前前A相相，對對應電電動機機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器光電編編碼器器的測測量精精度取取決于于它所所能分分辨的的最小小角度度，而而這與與光柵柵盤圓圓周的的條紋紋數(shù)有有關(guān)，，即分分辨角角分辨角角α=360°°/條條紋如果條條紋數(shù)數(shù)為1024，，則分辨辨角αα=360°/1024=0.352°。。思考題題：第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.3編編碼器器第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵光柵是是一種種高精精度的的位移移傳感感器，，按結(jié)結(jié)構(gòu)可可分為為直線線光柵柵和圓圓光柵柵，直直線光光柵用用于測測量直直線位位移，，園光光柵用用來測測量角角位移移。光光柵裝裝置在在數(shù)控控設備備、坐坐標鏜鏜床、、工具具顯微微鏡X-Y工作作臺上上廣泛泛使用用的位位置檢檢測裝裝置，，光柵柵主要要用于于測量量運動動位移移，確確定工工作臺臺運動動方向向及確確定工工作臺臺運動動的速速度。。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵與其他他位置置檢測測裝置置相比比，光光柵的的主要特特點如下：：1)檢檢測精精度高高。直直線光光柵的的精度度可達達±5μm，，分辨辨率可可達0．0001mm。2)響響應速速度較較快，，可實實現(xiàn)動動態(tài)測測量，，易于于實現(xiàn)現(xiàn)檢測測及數(shù)數(shù)據(jù)處處理的的自動動化。。3)使使用環(huán)環(huán)境要要求較較高，，怕油油污、、灰塵塵及振振動。。4)安安裝、、維護護困難難，成成本較較高。。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵1、光光柵的的組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)和檢檢測原原理光柵是是一種種在透透明玻玻璃上上或金金屬的的反光光平面面上刻刻上平平行、、等距距的密密集刻刻線，，制成成的光光學元元件。。數(shù)控控機床床上用用的光光柵尺尺，是是利用用兩個個光柵柵相互互重疊疊時形形成的的莫爾條條紋現(xiàn)現(xiàn)象，制成成的光光電式式位移移測量量裝置置。按制造造工藝藝不同同可分分為透射光光柵和反射光光柵。透射射光柵柵是在在透明明的玻玻璃表表面刻刻上間間隔相相等的的不透透明的的線紋紋制成成的，，線紋紋密度度可達達到每每毫米米1000條以上上；反反射光光柵一一般是是在金金屬的的反光光平面面上刻刻上平平行、、等距距的密密集刻刻線，，利用用反射射光進進行測測量，，其刻刻線密密度一一般為為每毫毫米300～1﹐500線，最最常用用的是是600線線/mm。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵1、光光柵的的組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)和檢檢測原原理直線透透射光光柵尺尺的結(jié)結(jié)構(gòu)如如下圖圖所示示，由由光源源、長長光柵柵(標標尺光光柵)、短短光柵柵(指指示光光柵)、光光電元元件等等組成成，一一般移移動的的光柵柵為短短光柵柵，長長光柵柵裝在在機床床的固固定部部件上上。短短光柵柵隨工工作臺臺一起起移動動，長長光柵柵的有有效長長度即即為測測量范范圍。。兩塊塊光柵柵的刻刻線密密度(即柵柵距)相等等，其其相互互平行行并保保持一一定的的間隙隙(0.05～～0.1mm)，，并且且使兩兩塊光光柵的的刻線線相互互傾斜斜一個個微小小的角角度θθ。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵1、光光柵的的組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)和檢檢測原原理當光線線平行行照射射光柵柵時，，由于于光的的透射射及衍衍射效效應，，在與與線紋紋垂直直的方方向上上，準準確地地說，，在與兩兩光柵柵線紋紋夾角角θ的的平分分線相相垂直直的方方向上上，會出出現(xiàn)明明暗交交替、、間隔隔相等等的粗粗條紋紋，這這就是是“莫爾干干涉條條紋”，簡簡稱莫莫爾條條紋。。下圖圖是莫莫爾條條紋形形成的的原理理圖。。在光源源的照照射下下，交交叉點點近旁旁的小小區(qū)域域內(nèi)由由于黑黑色線線紋重重疊，，因而而遮光光面積積最小小，擋擋光效效應最最弱，，光的的累積積作用用使得得這個個區(qū)域域出現(xiàn)現(xiàn)亮帶帶。相相反，，距交交叉點點較遠遠的區(qū)區(qū)域，，因兩兩光柵柵尺不不透明明的黑黑色線線紋的的重疊疊部分分變得得越來來越少少，不不透明明區(qū)域域面積積逐漸漸變大大，即即遮光光面積積逐漸漸變大大，使使得擋擋光效效應變變強，，只有有較少少的光光線能能通過過這個個區(qū)域域透過過光柵柵，使使這個個區(qū)域域出現(xiàn)現(xiàn)暗帶帶，從從而便便形成成了我我們所所見到到的莫莫爾條條紋。。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵1、光光柵的的組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)和檢檢測原原理莫爾條條紋形形成的的原理理當光柵柵移動動一個個柵距形形時，莫莫爾條條紋也也相應應移動動一莫爾條條紋的的間距距B，即光光柵某某一固固定點點的光光強按按明一一暗一一明規(guī)規(guī)律交交替變變化一一次。。因此此，光電元元件只只要讀讀出移移動的的莫爾爾條紋紋數(shù)目目，就就知道道光柵柵移動動了多多少柵柵距，，從而而也就就知道道了運運動部部件的的準確確位移移量。。第三章章數(shù)數(shù)控控機床床的位位置檢檢測裝裝置3.4.4光光柵1、光光柵的的組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)和檢檢測原原理為了對對莫爾爾條紋紋的移移動計計數(shù)，，并判別工工作臺臺移動動的方方向，在光光柵尺尺的一一側(cè)安安裝上上光源源，另另一側(cè)側(cè)安裝裝上4個光光敏元元件，，每個個光敏敏元件件相距距為四四分之之一光光柵刻刻線間間距(ωω／4)。。當