第4章 數(shù)控檢測技術第10111213講

1、1 數(shù)控檢測技術 2 索索 引引 n第十講 n第11講 n第12講 n第13講 3 4.1 概 述 組成：位置測量裝置是由檢測元件（傳感器）和信號 處理裝置組成的。 作用：實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號，并變換 成位置控制單元所要求的信號形式，將運動部件實際位置 反饋到位置控制單元，以實施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉 環(huán)進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機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，在設計數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)，尤其 是高精度進給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。 4 4.1.1 檢測裝置的分類 數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移位移、速度速度

2、和和 電流電流三種類型。三種類型。 安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； 運動型式運動型式 回轉型回轉型和和直線型直線型； 信號轉換的原理信號轉換的原理 光電效應、光柵效應、光電效應、光柵效應、 電磁感應原理、電磁感應原理、 壓電效應、壓阻效應和壓電效應、壓阻效應和 磁阻效應磁阻效應等。等。 5 表41 數(shù)控機床檢測裝置分類 分 類 增 量 式 絕 對 式 位移 傳感器 回轉型脈沖編碼器、 自整角機 、旋轉變壓器、圓 感應同步器 、光柵角

3、度傳感 器 、圓光柵、圓磁柵 多極旋轉變壓器 、 絕對脈沖編碼器 絕對值 式光柵 、 三速圓感應同 步器 、磁阻式多極旋轉 變壓器 直線型直線應同步 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 、 數(shù)字脈沖編碼式速度傳感器 、 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 傳感器的性能指標應包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，主要如下。 1.精度 符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關系的準確程度 稱作精度。高精度和高速實時測量。 2.分

4、辨率 分辯率應適應機床精度和伺服系統(tǒng)的要求。 3.靈敏度 靈敏度高、一致。 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。遲滯小。 5.測量范圍和量程 6.零漂與溫漂 其它： 可靠，抗干擾性強、使用維護方便、成本低等。 4.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標及要求 7 4.2 旋轉變壓器 圖圖5 51 1 旋轉變壓器結構示意旋轉變壓器結構示意 1分解器定子線圈；2分解器轉子線圈；3轉子軸；4分解器轉子；5分解器 定子；6變壓器定子；7變壓器轉子；8變壓器一次線圈；9變壓器二次線圈 8 l旋轉變壓器（Resolver）簡稱旋變，又稱作解算器或分解 器。 l分類：

5、有電刷、集電環(huán)結構和無刷結構 l工作原理：互感原理 4.2.1 旋轉變壓器的結構和工作原理 定子定子 轉子轉子 S S1 R1S S2 S S3 S S4 R2 R3 R4 9 圖3-6 旋轉變壓器的工作原理 (a) (b) (c) 2 0(90 )E 2 sincosEKt Vm 2 sin(0 )EKt Vm 10 l 設加到分解器定子繞組的激磁電壓為 V1=Vmsin t，通過電磁耦合，分解器轉子 繞組將產生感應電動勢E2。當轉子繞組的磁 軸與定子繞組的磁軸相互垂直時，定子繞組 磁通不穿過轉子繞組，所以轉子繞組的感應 電動勢E2=0，如圖4-2(a)所示. 11 l當轉子繞組的磁軸自垂直

6、位置轉過 時， 由于兩磁軸平行，此時轉子繞組的感應電 動勢為最大， l即E2=KVmsin t，如圖4-2(c)所示. 0 90 12 l轉子繞組因定子磁通變化而產生的感應電動勢為： 21 cossincos m EKVKVt 式中： E2轉子繞組感應電勢； V1定子繞組勵磁電壓，V1=KVmsin t； Vm電壓信號幅值； 定、轉子繞組軸線間夾角； K變壓比(即繞組匝數(shù)比)。 顯然，當 一定時，E2為一等幅余弦波，測得余正弦波的峰值， 即可求出轉角 的大小。 13 激 磁 輸 出 t t t U 圖4.3 旋轉變壓器波形圖 2 E 14 4.2 2 旋轉變壓器的應用 V S V S 1.鑒相

7、方式 鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉變壓器轉子繞組中感應 電勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式。 sin Sm VVt cos Cm VVt 兩相正交繞組分別通以幅值相等、頻率相同，而相位 相差的正弦交變電壓： 0 90 15 圖4.4 定子兩相繞組勵磁 16 2 sincos sinsincoscos cos(- ) SC mm m EKVKV KVtKVt KVt 根據(jù)線性疊加原理，在轉子工作繞組中產 生的感應電勢應為這兩相磁通所產生的感應 電動勢之和，即為： 17 l由上式可見，旋轉變壓器轉子繞組中的 感應電勢與定子繞組中的激磁電壓同頻率， 但相位不同，其差值為。而正是被測 位移，故通過

8、比較感應電勢與定子激磁電 壓信號的相位，便可求出。 18 2.鑒幅方式 V S 鑒幅式工作方式是通過對旋轉變壓器轉子繞組中 感應電動勢幅值的檢測來實現(xiàn)位移檢測的。 定子的兩相正交繞組，分別通以頻率和相位都 相等、幅值分別按正弦和余弦變化的激磁交流電壓 。 sinsin Sm VVt cossin Cm VVt 19 2 sincos sinsinsinsincoscos cos(- )sin SC mm m EKVKV KVtKVt KVt sin m Vcos m V 根據(jù)線性疊加原理，轉子工作繞組中產生的 感應電動勢為： 式中:機械角，是定、轉子繞組軸線間夾角； 電氣角，激磁交流電壓信號的

9、相位角；其可調節(jié)修正 分別為定子兩個繞組的幅值。 20 對于旋轉變壓器的應用，要注意兩個問題對于旋轉變壓器的應用，要注意兩個問題： (1)在轉子每轉一周時，轉子輸出電壓將隨旋 轉變壓器的極數(shù)不同，不只一次的通過零零 點點，容易引起混淆。必須在線路中加相敏 檢波器來辨別轉換點，或限制旋轉變壓器 轉子在小于半周期內工作； (2)由于普通旋轉變壓器屬增量式測量，如果 轉子直接接絲杠，轉子轉動一周，僅相當 于工作臺一個絲杠導程的直線位移，不能不能 反映全行程反映全行程。因此，在數(shù)控機床中，要檢 測工作臺的絕對位置，需要增加一個絕對 位置計數(shù)器，與旋轉變壓器配合使用。 21 l第第1111講講 返回首頁

10、 22 感應同步器感應同步器 l(1)直線式感應同步器 感應同步器是一種電磁式位置檢測元件， 按其結構和測量對象的特點可分為直線式直線式 和旋轉式旋轉式兩種，前者用于測量直線位移， 后者用于角位移測量。 直線式感應同步器由定尺和滑尺組成由定尺和滑尺組成， 定尺與滑尺之間有均勻的氣隙。直線式感 應同步器是直線條形，它由基板、絕緣層、 繞組及屏蔽層組成。 23 圖4-8 直線式感應同步器 1基板；2絕緣層；3繞組；4屏蔽層 24 圖3-9 定尺與滑尺繞組 (a)定尺繞組 (b)滑尺繞組 25 l考慮到接長和安裝，通常定尺繞組做 成連續(xù)式的單相繞組，滑尺繞組做成分段 式的兩相正交繞組，如圖3-9所示

11、。ss為正 弦繞組，cc為余弦繞組，定尺與滑尺之間 的間隙為0.3mm左右。定尺比滑尺長，其中 被全部滑尺繞組所覆蓋的定尺有效導體數(shù)N 稱為直線感應同步器的極數(shù)。 26 l定尺繞組中相鄰兩有效導體之間的距 離稱為極距W2，滑尺繞組相鄰兩有效導體 之間的距離為節(jié)距W1，一般都通稱為節(jié)距， 用2表示，常取為2mm，節(jié)距代表了測量周 期。繞組節(jié)距 ，其中a1、b1分 別為導片寬度和間隙，滑尺的節(jié)距也可 取 。 2111 2()WWab 12 23WW 27 l正弦與余弦兩繞組的中心距L1 為： l式中: n任意正整數(shù)。 1 1 () 24 n lW 28 l 直線式感應同步器分為標準型、窄 型、帶型

12、和三重型。三重型結構是在 一根尺上有粗、中、精三種繞組，以 便構成絕對測量系統(tǒng)。 29 旋轉式感應同步器旋轉式感應同步器 l 旋轉式感應同步器的結構，如圖4-7所 示。定子、轉子都用不銹鋼、硬鋁合金等 材料作基板，呈環(huán)形輻射狀。定子和轉子 相對的一面均有導電繞組，繞組用厚0.05 mm銅箔構成?；搴屠@組之間有絕緣層。 繞組表面還要加一層和繞組絕緣的屏蔽層 (材料為鋁箔或鋁膜)。 30 圖4-8 旋轉式感應同步器繞組圖 a)定子繞組(分)段式 b)轉子繞組(連續(xù)式) 31 l 轉子繞組為連續(xù)繞組；定子上有 兩相sin繞組和cos繞組正交繞組，做成 分段式，兩相繞組交差分布，相差 電角度。屬于同

13、一相的各相繞組用導 線串聯(lián)起來 . 0 90 32 圖4-7 旋轉式感應同步器 1轉子基板；2轉子繞組；3定子繞組；4定子基板；5絕緣層；6屏蔽層 33 4.3.3直線式感應同步器的工作原理直線式感應同步器的工作原理 l 當滑尺兩個繞組中的任一繞組通以激 磁交變電壓時，由于電磁感應，在定尺繞 組中會產生感應電勢。該感應電勢的大小 取決于定尺、滑尺的相對位置。感應電勢 的頻率與激勵信號的頻率相同，幅值由激 勵信號的幅值和感應同步器的物理結構決 定。 34 圖4-9 直線式感應同步器的工作原理圖 (a)定尺、滑尺繞組原理圖 (b)定尺繞組產生感應電勢原理圖 35 l 當滑尺繞組與定尺繞組完全重合時

14、， 定尺繞組感應電勢為正向最大，如圖4-9(a) 中所示的位置；如果滑尺相對定尺從重合 處逐漸向右(或左)平行移動，感應電勢就隨 之逐漸減小 . 36 l在兩繞組剛好處于相差1/4節(jié)距的位置時， 感應電勢為零；滑尺向右移動到1/2節(jié)距位 置時，感應電勢為負向最大；當?shù)竭_3/4節(jié) 距位置時，又變?yōu)榱?；當?shù)竭_整節(jié)距位置 時，感應電勢又為正向最大。這時，滑尺 移動了個節(jié)距(W = 2)，感應電勢變化了 一個周期(2)，呈余弦函數(shù)。 37 當設滑尺移動距離為x，則感應電勢將以余弦函 數(shù)變化相位角。 l令Vs表示滑尺上一相繞組的激磁電壓: 22 x x sin Sm VVt 式中式中 VmVs的幅值。的

15、幅值。 38 2 coscossin Sm EKVKVt 式中式中 K變壓比。變壓比。 則定尺繞組感應電勢則定尺繞組感應電勢E2為為: 39 4.3.4感應同步器的應用感應同步器的應用 l(1)鑒相方式 l在鑒相方式下，給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值 相等、頻率相同、相位相差 的交流電壓，即 l根據(jù)電磁感應及疊加原理，激磁信號產生移動磁場，該激磁 切割定尺導片感應出電壓Vo為 sin cos Sm Cm VVt VVt 2 coscossinsin cos() mm m EKVtKVt KVt 0 90 l由此可見，通過鑒別定尺輸出感應電壓的相位，再由式 (3-1)即測得滑尺相對于定尺

16、位移x。 40 放 大 濾 波 基準信號 發(fā)生器 脈 沖 調 相 器 鑒 相 器 放 大 器 激 磁 供 電 線 路 伺 服 電 機 速度 控制 單元 滑尺 定尺 機床 Vs Vc -x +x PA PB 圖4.10 感應同步器鑒相測量系統(tǒng)框圖 41 l(2)鑒幅方式 l在鑒幅方式下，給滑尺的正弦繞組和余弦 繞組分別通以相位相等、頻率相同，但幅 值不同的交流電壓，即 l式中 激磁電壓的給定相位角。 sincos coscos Sm Cm VVt VVt 42 l同理，在定尺繞組中感應出電壓同理，在定尺繞組中感應出電壓V0，為，為 2 sincoscoscoscossin cos(sincosc

17、ossin ) sin()cos sin()cos mm m m m EKVtKVt KVt KVt KVxt 由此可見，在由此可見，在給定時，只要測量出給定時，只要測量出V0的幅值的幅值 KVmsin(-)，便可以得到，便可以得到，進而求得線位移。，進而求得線位移。 43 具體實現(xiàn)原理是：具體實現(xiàn)原理是： l 若原始狀態(tài)=，則E2=0。然后滑尺相對定尺 有一位移x，使變?yōu)?，則感應電壓增加量 為: l上式表明: l1、在x很小的情況下，E2與x成正比，也就是 鑒別E2的幅值，即可測x的大小。 l2、當x較大時，通過改變，使=，使E2=0， 根據(jù)可以確定從而確定x。 2 sin()cos m

18、EKVxt 44 4.3.5 感應同步器的安裝感應同步器的安裝 (1)感應同步器在安裝時必須保持兩尺 平行、兩平面間的間隙約為0.250.05mm， 傾斜度小于0.50，裝配面波紋度在0.01mm 250mm以內?；咭苿訒r，晃動的間隙 及不平行度誤差的變化小于0.1mm。 45 l (2)感應同步器大多裝在容易被切屑及 切屑液浸入的地方，所以必須加以防護， 否則切屑夾在間隙內，會使滑尺和定尺的 繞組刮傷或短路，使裝置發(fā)生誤動作及損 壞。 46 l(3)同步回路中的阻抗和激磁電壓不對稱以 及激磁電流失真度超過2，將對檢測精度 產生很大的影響，因此在調整系統(tǒng)時，應 加以注意。 l(4)由于感應同

19、步器感應電勢低，阻抗低， 所以加強屏蔽以防干擾。 47 l第第1212講講 返回首頁 48 4.4 4.4 光柵傳感器光柵傳感器 4.4.1光柵的類型和結構光柵的類型和結構 計量光柵可分為透射式光柵和反射 式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光 敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀 又可分為長光柵和圓光柵。 光柵傳感器利用光柵的衍射現(xiàn)象，把光光柵傳感器利用光柵的衍射現(xiàn)象，把光 柵應用于光譜分析、測定光波的波長等方柵應用于光譜分析、測定光波的波長等方 面。面。 49 尺身尺身尺身安裝孔尺身安裝孔 反射式掃描頭反射式掃描頭 （與移動部件固定）（與移動部件固定）掃描頭安裝孔掃描頭安裝孔 可移動電纜可移動電

20、纜 光柵的外形及結構光柵的外形及結構 防塵保護罩的內部為長磁柵防塵保護罩的內部為長磁柵 50 掃描頭掃描頭（與移動部件固定）（與移動部件固定）光柵尺光柵尺 可移動電纜可移動電纜 光柵的外形及結構（續(xù)）光柵的外形及結構（續(xù)） 51 52 53 54 直接測量示例 一、概述一、概述 光柵 55 反射式光柵反射式光柵 56 透射式光柵透射式光柵 57 透射式圓光柵透射式圓光柵 固定固定 58 莫爾條紋莫爾條紋演示演示 59 l 計量光柵實質上是一種增量式編碼 器，它是通過形成莫爾條紋、光電轉換、 辨向和細化等環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)字計量的。 l光柵的檢測精度較高，可達 以上。 m1 60 4.4.2 計量光柵的

21、工作原理計量光柵的工作原理 l(1)光柵位置檢測裝置組成 光柵位置檢測裝置由光 源Q、長光柵(標尺光柵) G1、短光柵(指示光柵) G2、光電元件等組成，如圖4.14所示。 圖3-13 光柵位置測量裝置組成 61 l(2)莫爾條紋的形成 長光柵G1若固定在機床不動件上，長 度相當工作臺移動的全行程，短光柵G2則固定在機床移動 部件上。長、短光柵保持一定間隙、重疊在一起并在自 身的平面內轉個很小角度， 圖3-14 莫爾條紋的形成 62 B稱為莫爾條紋的節(jié)距. l兩塊柵距W相等，黑白寬度相同的光柵，在 沿線紋方向上保持一個很小的夾角，當它 們彼此平行相互接近時，由于遮光效應或 光的衍射作用，便在暗

22、紋相交處形成多條 亮帶。形成亮帶的間距B與線紋夾角的關 系為: 2sin 2 WW B 63 l莫爾條紋垂直于兩塊光柵線紋夾角的平分 線，由于角很小，所以莫爾條紋近似垂直 于光柵的線紋，故稱為橫向莫爾條紋。當 兩塊光柵沿著垂直于線紋的方向相對移動 時，莫爾條紋沿著垂直于條紋的方向移動。 移動的方向取決于兩塊光柵的夾角移動的方向取決于兩塊光柵的夾角的方向的方向 和相對移動的方向。和相對移動的方向。 64 莫爾條紋的移動有如下的規(guī)律： l1)若長光柵不動，將短光柵按逆時針方向轉將短光柵按逆時針方向轉 過一個很小角度過一個很小角度(+)，然后使它向左移動，然后使它向左移動， 則莫爾條紋向下移動則莫爾

23、條紋向下移動；反之，當短光柵向 右移動莫爾條紋向上移動。 l2)若將短光柵按順時針方向轉過一個小角度 (-)時，則情況與(+)的情況相反。 l柵距移動與莫爾條紋的移動的對應關系， 便于用光電元件(如硅光電池)將光信號轉換 成電信號。 65 l(3)光柵位移-數(shù)字轉換系統(tǒng) 如前所述，光 柵的移動形成了莫爾條紋，又經光電轉換 成正弦電壓信號輸出。這樣的信號只能用只能用 于計數(shù)，而不能辨別方向。于計數(shù)，而不能辨別方向。實際應用中， 即要求有較高的檢測精度，又能辨別方向。 為了達到這種要求，通常使用分頻電路實 現(xiàn)。在此介紹一種廣泛應用的四倍頻辨向 電路工作原理 66 莫爾條紋有以下特點： l 1放大作

24、用 l 當W=0.01mm，=0.002rad=0.11時， B=5mm。節(jié)距是柵距的500倍，將很難看清 的光柵線紋放大成清晰可見的莫爾條紋。 這樣便于測量。 l 2誤差均化作用 l 莫爾條紋是由成百千根刻線共同形成的， 這樣，使得柵距的誤差得到平均化。 67 l3利用莫爾條紋測量位移 l 標尺光柵相對指示光柵移動一個柵距，對應莫 爾條紋移動一個節(jié)距。利用這個特點就可測量位 移：在光源對面的光柵尺背后固定安裝光電元件， 莫爾條紋移動一個節(jié)距，莫爾條紋明暗-明變 化一周。光電元件接受的光強強-弱-強變化一 周，輸出一個近似按正弦規(guī)律變化的信號，信號 變化一周。根據(jù)信號的變化次數(shù)，就可測量位移

25、量，移動了多少個柵距。 68 四倍頻細分判向原理四倍頻細分判向原理 69 70 100 sin(0)sin AA UUUtUUt 200 sin()cos 2 AA UUUtUUt 300 sin()sin AA UUUtUUt 400 3 sin()cos 2 AA UUUtUUt 71 莫爾條紋的細分技術：光學細分、機械細分和電子細分 4.4.2 光柵位移-數(shù)字變換電路 a b c d 插動放大 插動放大 整形 整形 方向 辨別 門 電路 可逆 計數(shù) 正脈沖 反脈沖 a b c d 插動放大 插動放大 (sin) (cos) 整形 整形 反向 反向 微分 微分 微分 微分 A B C D

26、A C B D Y1 Y2 Y3 Y4 Y8 Y5 Y6 Y7 H1 H2 正向脈沖 反向脈沖 sin cos A B C D A B C D 相加 A B C D 相加 正走 反走 72 l 在光柵位移數(shù)字轉換系統(tǒng)中，除上述 四倍頻外，還有八倍頻、十倍頻、二十倍 頻等。例如，刻線密度為100線/mm的光柵， 十倍頻后，其最小讀數(shù)值為1m，可用于精 密機床的測量。 2021-7-573 莫爾條紋動畫設計 74 長光柵莫爾條紋 播放動畫播放動畫 75 長光柵光閘莫爾條紋 播放動畫播放動畫 76 播放中播放中 圓弧莫爾條紋 單擊準備演示單擊準備演示播放動畫播放動畫 77 光閘莫爾條紋 播放動畫播放

27、動畫播放中播放中 78 環(huán)形莫爾條紋 播放動畫播放動畫播放中播放中 單擊準備演示單擊準備演示 79 單擊準備演示單擊準備演示 輻射形莫爾條紋 播放動畫播放動畫 80 l第第13講講 返回首頁 81 4.5 4.5 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器 4.5.1 4.5.1 脈沖編碼器的分類與結構脈沖編碼器的分類與結構 脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發(fā) 生器，能把機械轉角變成電脈沖，可 作為位置檢測和速度檢測裝置。 脈沖編碼器按讀取方式分為：光電式、 接觸式和電磁感應式。 脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它 的型號是由每轉發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。 2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等； 1234

28、5 67 圖4.18 光電脈沖編碼器的結構 1-光源 2-圓光柵 3-指示光柵 4-光 電池組 5-機械部件 6-護罩 7-印刷 電路板 82 間接測量示例 工作臺 絲杠 編碼器 步進電機 一、概述一、概述 83 利用編碼器測 量伺服電機的轉速、 轉角，并通過伺服 控制系統(tǒng)控制其各 種運行參數(shù)。 二、應用二、應用 1 1、光電編碼器、光電編碼器在伺服電機中的應用在伺服電機中的應用 84 2 2、光電編碼器、光電編碼器刀庫選刀控制中刀庫選刀控制中的應用的應用 角編碼器的輸出 為當前刀具號 85 二、光電編碼器二、光電編碼器 1 1、簡介：、簡介： 光電編碼器是一種回轉式數(shù)字測量元 件，通常裝在被

29、檢測軸上，隨被測軸一起 轉動，可將被測軸的角位移轉換為增量脈 沖形式或絕對式的代碼形式。 86 轉軸 碼盤及狹縫 光敏元件 批示光柵及辨向 用的A、B狹縫 光源 AB C 零位標志 2 2、工作原理、工作原理 87 三增量式光電脈沖編碼器三增量式光電脈沖編碼器 l 增量式光電脈沖編碼器亦稱光電碼 盤、光電脈沖發(fā)生器等，是一種旋轉 式脈沖發(fā)生器，將被測軸的角位移角位移轉 換成脈沖數(shù)字脈沖數(shù)字。光電式編碼器具有結 構簡單、價格低、精度易于保證等優(yōu) 點，在數(shù)控機床上既可用做角位移檢 測，也可用作角速度檢測 . 88 1)增量式光電脈沖編碼器的結構 圖3-17 增量式光電脈沖編碼器的原理圖 89 2)

30、增量式光電脈沖編碼器的工作原理 l當光電盤隨軸一起轉動時，在光源的 照射下，透過光欄板的狹縫形成明暗 交錯的光信號（近似于正弦信號）， 光敏元件把此光信號轉換成電信號， 通過信號處理電路進行整形、放大后 變成脈沖信號，通過計量脈沖的數(shù)量，通過計量脈沖的數(shù)量， 即可測出轉軸的轉角，通過計量脈沖即可測出轉軸的轉角，通過計量脈沖 的頻率，即可測出轉軸的轉速。的頻率，即可測出轉軸的轉速。 90 t 節(jié)距節(jié)距P AB 90 90 圖4.23 光電脈沖編碼器的輸出波形 91 提高光電碼盤的分辨率: l(1)提高光電盤圓周的等分狹縫的密度； 該方法，實際上是使光電盤的狹縫變成 了圓光柵線紋，通過減小柵距增加

31、線紋條數(shù) 提高分辨率。 92 提高光電碼盤的分辨率: l(2)增加光電盤的發(fā)信通道。 該方法，使盤上不僅只有一圈透光狹 縫，而是有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫 （亦稱碼道），光電盤回轉一周，使發(fā)出 的脈沖信號增多，分辨率提高。 93 3)增量式光電脈沖編碼器的特點 l優(yōu)點:沒有接觸磨損，使用壽命長，允許轉 速高，檢測精度高。 l缺點:是結構復雜，價格高，光源的壽命有 限。而就碼盤的材料而言，薄鋼板或鋁板 所制成的光電碼盤比玻璃碼盤的抗振性能 好，耐不潔環(huán)境，且造價低。但由于受到 加工槽數(shù)的限制，檢測精度低。 94 2絕對式編碼器 l 絕對值編碼器是一種直接編碼、絕 對測量的檢測裝置，就是在碼盤的

32、每 一轉角位置刻有表示該位置的惟一代 碼。與增量脈沖編碼器不同，它是通 過讀取絕對編碼盤、編碼尺(通稱為碼 盤)的代碼(圖案)信號指示絕對位置。 電源切除后，位置信息不丟失，也沒 有積累差。 95 絕對式編碼器分類: l編碼器使用的計數(shù)制分: 二進制編碼 二進制循環(huán)碼(葛萊碼) 余三碼 二十進制碼等編碼器。 96 l從結構原理來分: 接觸式 光電式 電磁式 絕對值式編碼器。 97 圖3-19 絕對式編碼器的碼盤結構示意 (a)純二進制碼盤 (b)循環(huán)二進制碼盤(葛萊碼) 98 2)絕對式編碼器的結構 l絕對值式編碼器一般都做成二進制編碼， 碼盤的圖案由若干個同心圓環(huán)組成。從編 碼的角度來說，這

33、些圓環(huán)稱為碼道，碼道 的數(shù)量與二進制的位數(shù)相同?？拷鼒A心的 碼道代表高位數(shù)碼，越往外位數(shù)越低，最 外圈是最低位。 l黑色扇區(qū)表示遮光，白色扇區(qū)表示透光區(qū)。 99 3)絕對式脈沖編碼器的工作原理 l由光源l發(fā)出光線經柱面鏡2變成一束平行光 照射在玻璃碼盤3上，玻璃碼盤3上刻有許 多同心碼道，具有一定規(guī)律的亮區(qū)和暗區(qū)。具有一定規(guī)律的亮區(qū)和暗區(qū)。 通過亮區(qū)的光線經狹縫4形成一束很窄的光 束照射在光電元件5上，光電元件的排列與 碼道一一對應，對亮區(qū)輸出為亮區(qū)輸出為“1”，暗區(qū)，暗區(qū) 輸出為輸出為“0”，再經信息處理電路(圖中沒畫 出)，主要有放大、整形、鎖存與譯碼，輸 出自然二進制代碼，就代表了碼盤軸的轉 角大小，從而實現(xiàn)了角度的絕對值測量。 100 碼盤的分辨率與碼道的個數(shù)有關，n位碼 道碼盤分辨率為：