第五節(jié)位置檢測(cè)裝置的調(diào)整

1、 西飛工學(xué)院第五節(jié)位置檢測(cè)裝置的調(diào)整第六節(jié) 床身導(dǎo)軌的調(diào)整本次課重點(diǎn)： 位置檢測(cè)裝置的功用 位置檢測(cè)裝置的分類及安裝舉例 床身導(dǎo)軌的功用及分類 機(jī)床導(dǎo)軌的安裝調(diào)整要求 西飛工學(xué)院 位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置： 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 位置檢測(cè)裝置的分類位置檢測(cè)裝置的分類1）按輸出信號(hào)的形式分類：數(shù)字式:模擬式:將被測(cè)量以數(shù)字形式表示，測(cè)量信號(hào)一般為電脈沖。可以直接把它們送入數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。將被測(cè)量以連續(xù)變化的物理量來(lái)表示（電壓相位 / 電壓幅值變化） 西飛工學(xué)院2）按測(cè)量基點(diǎn)的類型分類:：絕對(duì)式：只測(cè)量位移增量，并用數(shù)字脈沖的個(gè)數(shù)表示單位位移的數(shù)量。測(cè)量的是被測(cè)部件在某一絕對(duì)坐標(biāo)系中的絕

2、對(duì)坐標(biāo)位置。3）按位置檢測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：回轉(zhuǎn)型:直線型:測(cè)量直線位移測(cè)量角位移 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院規(guī)律規(guī)律：滑尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距 感生電動(dòng)勢(shì)按余弦波形變化一個(gè)周期2，在一個(gè)節(jié)距內(nèi)： 檢測(cè) 的變化， 即可檢測(cè)一個(gè)節(jié)距內(nèi)的位移量 。x 西飛工學(xué)院工作方式：工作方式： 相位工作方式相位工作方式（鑒相型系統(tǒng)）（鑒相型系統(tǒng)） 幅值工作方式幅值工作方式（鑒幅型系統(tǒng)）（鑒幅型系統(tǒng)） 相位工作方式：相位工作方式： 供給滑尺的激磁信號(hào)為頻率、幅值相同，供給滑尺的激磁信號(hào)為頻率、幅值相同，相位角相差相位角相差90的交流電壓。的交流電壓。 幅值工作方式：幅值工作方式： 給滑尺繞組通入相

3、位相同、頻率相同，給滑尺繞組通入相位相同、頻率相同，但但幅值不同幅值不同的勵(lì)磁電壓。的勵(lì)磁電壓。 西飛工學(xué)院 鑒相測(cè)量系統(tǒng)鑒相測(cè)量系統(tǒng) 相位工作方式：相位工作方式： 供給滑尺的激磁信號(hào)為頻率、幅值相同，供給滑尺的激磁信號(hào)為頻率、幅值相同，相相位角相差位角相差90的交流電壓。的交流電壓。 tuutuumcmscossin 西飛工學(xué)院 222sincoscossinsin()mmmUUUkUtkUtkUt兩繞組在定尺上的兩繞組在定尺上的感生電壓：感生電壓：據(jù)線性疊加原理，定尺上感應(yīng)的據(jù)線性疊加原理，定尺上感應(yīng)的總電壓總電壓：22cossincoscos()cossin2smcmUkukUtUkuk

4、Ut 說(shuō)明說(shuō)明： 上式建立了感生電壓U2與相位 間的關(guān)系。 西飛工學(xué)院 鑒相測(cè)量系統(tǒng)鑒相測(cè)量系統(tǒng) 鑒別定尺上的感應(yīng)電壓的鑒別定尺上的感應(yīng)電壓的相位，相位，可得可得位移值位移值： 鑒相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖鑒相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖指令信號(hào)指令信號(hào) 1sin()kt反饋信號(hào)反饋信號(hào)（感應(yīng)電壓）sin()kt1誤差信號(hào)誤差信號(hào)22xx 西飛工學(xué)院鑒幅測(cè)量系統(tǒng)鑒幅測(cè)量系統(tǒng) 幅值工作方式：幅值工作方式： 滑尺繞組通入相位滑尺繞組通入相位 相同、頻率相同、頻率 相同，相同，但幅值不同的但幅值不同的勵(lì)磁電壓：勵(lì)磁電壓：（工作臺(tái)（工作臺(tái)移動(dòng)指令移動(dòng)指令 ） 11( )x1sinsinsmuUt1cossincmuUt 西飛

5、工學(xué)院 幅值工作方式幅值工作方式： 定尺上的定尺上的感生電壓：感生電壓：2121sinsincoscossinsinmmUkUtUkUt 定尺上感應(yīng)的定尺上感應(yīng)的總電壓總電壓： （正、余弦繞組同時(shí)供電，線性疊加 ）2111sinsincoscossinsinsinsin()mmmUkUtkUtkUt 西飛工學(xué)院幅值工作方式幅值工作方式： 結(jié)論結(jié)論： 感生電壓的幅值 隨指令給定的位移量與工作臺(tái)實(shí)際位移量 的差值的正弦規(guī)律變化。2U11( )x( )xtkUUmsin)sin(12 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 計(jì)量光柵計(jì)量光柵 : 玻璃玻璃透射光柵透射光柵 光源可垂直入射，信號(hào)

6、幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單; 刻線密度大100條/mm, 細(xì)分后，分辨率達(dá)微米級(jí); 易碎，熱膨脹系數(shù)與機(jī)床不一致，影響測(cè)量精度. 金屬金屬反射光柵反射光柵 鋼尺、鋼帶鋼尺、鋼帶 照相腐蝕、鉆石刀刻劃照相腐蝕、鉆石刀刻劃 熱膨脹系數(shù)與機(jī)床一致，安裝調(diào)整方便，易接長(zhǎng)，不易碎熱膨脹系數(shù)與機(jī)床一致，安裝調(diào)整方便，易接長(zhǎng)，不易碎 西飛工學(xué)院標(biāo)尺光柵長(zhǎng)度相當(dāng)于工作臺(tái)移動(dòng)的全行程標(biāo)尺光柵長(zhǎng)度相當(dāng)于工作臺(tái)移動(dòng)的全行程;長(zhǎng)短光柵保持長(zhǎng)短光柵保持0.050.1mm間隙間隙. 西飛工學(xué)院 莫爾條紋的產(chǎn)生莫爾條紋的產(chǎn)生 標(biāo)尺光柵和指示光柵的柵距標(biāo)尺光柵和指示光柵的柵距 指示光柵在其自身平面內(nèi)相對(duì)于標(biāo)尺光柵傾斜一個(gè)很小的角

7、度指示光柵在其自身平面內(nèi)相對(duì)于標(biāo)尺光柵傾斜一個(gè)很小的角度, 兩塊光柵兩塊光柵的刻線就會(huì)相交。當(dāng)燈光通過(guò)聚光鏡呈平行光線垂直照射在標(biāo)尺光柵上，在與兩的刻線就會(huì)相交。當(dāng)燈光通過(guò)聚光鏡呈平行光線垂直照射在標(biāo)尺光柵上，在與兩塊光柵線紋相交的鈍角平分線方向，出現(xiàn)塊光柵線紋相交的鈍角平分線方向，出現(xiàn)明暗交替明暗交替，間隔相等間隔相等的粗短條紋，稱之的粗短條紋，稱之為為橫向莫爾條紋橫向莫爾條紋。 形成原因形成原因： 對(duì)于粗光柵主要是擋光積分效應(yīng)，對(duì)于細(xì)光柵則是光線通過(guò)線紋衍射后，產(chǎn)生干涉的結(jié)果。 西飛工學(xué)院 莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) 1）放大作用 2）平均效應(yīng) 莫爾條紋是由若干線紋組成，例如每毫米100

8、線的光柵，10mm長(zhǎng)的莫爾條紋，等亮帶由2000根刻線交叉形成。因面對(duì)個(gè)別柵線的間距誤差(或缺陷)就平均化了，在很大程度上消除了短周期誤差的影響。因此莫爾條紋的節(jié)距誤差就取決于光柵刻線的平均誤差。 西飛工學(xué)院 莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) 1）放大作用 2）平均效應(yīng) 3 3）莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律 當(dāng)光柵向左或向有移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋當(dāng)光柵向左或向有移動(dòng)一個(gè)柵距，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)距也相應(yīng)地向上或向下準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)節(jié)距W。而且。而且莫爾條紋的移動(dòng)還具有以下規(guī)律：若標(biāo)尺光柵不動(dòng)，莫爾條紋的移動(dòng)還具有以下規(guī)律：若標(biāo)尺光柵不動(dòng)，將指示光柵逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)一很小的角

9、度后，并使標(biāo)將指示光柵逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)一很小的角度后，并使標(biāo)尺光柵向石移動(dòng)，則莫爾條紋便向下移動(dòng)；反之，尺光柵向石移動(dòng)，則莫爾條紋便向下移動(dòng)；反之，當(dāng)標(biāo)尺光柵向左移動(dòng)時(shí)，則莫爾條紋向上移動(dòng)。若當(dāng)標(biāo)尺光柵向左移動(dòng)時(shí)，則莫爾條紋向上移動(dòng)。若將指示光柵順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一很小的角度后，當(dāng)標(biāo)將指示光柵順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一很小的角度后，當(dāng)標(biāo)尺光柵向右移動(dòng)，則莫爾條紋向上移動(dòng)；反之，標(biāo)尺光柵向右移動(dòng)，則莫爾條紋向上移動(dòng)；反之，標(biāo)尺光柵向左移動(dòng)，則莫爾條紋向下移動(dòng)。尺光柵向左移動(dòng)，則莫爾條紋向下移動(dòng)。 西飛工學(xué)院 辨向辨向 安裝兩個(gè)彼此安裝兩個(gè)彼此錯(cuò)開(kāi)錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距節(jié)距的的光電元件光電元件，當(dāng)，當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通

10、過(guò)兩個(gè)隙縫的光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過(guò)兩個(gè)隙縫的時(shí)間不時(shí)間不同同所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號(hào)雖然波形相所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號(hào)雖然波形相同，但同，但相相差相相差90。若以其一為參考信號(hào)，則另一。若以其一為參考信號(hào)，則另一信號(hào)超前或滯后參考信號(hào)，由此可判定運(yùn)動(dòng)方向。信號(hào)超前或滯后參考信號(hào)，由此可判定運(yùn)動(dòng)方向。 西飛工學(xué)院 提高光柵分辨精度的措施提高光柵分辨精度的措施 1）提高刻線精度和增加刻線密度）提高刻線精度和增加刻線密度 有限有限 2）倍頻）倍頻 常用常用 四倍頻方案四倍頻方案 光柵刻線密度為光柵刻線密度為50線線mm，采，采用用4個(gè)光電元件和個(gè)光電元件和4個(gè)隙縫，每隔個(gè)隙縫，每隔14

11、光柵節(jié)距產(chǎn)光柵節(jié)距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，分辨精度可提高四倍。生一個(gè)脈沖，分辨精度可提高四倍。 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院 脈沖編碼器脈沖編碼器又稱碼盤(pán)碼盤(pán)，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測(cè)量元件，通常裝在被檢測(cè)軸上裝在被檢測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對(duì)角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式碼盤(pán)可分為接觸式接觸式、光電式光電式和電磁式電磁式3 3種種。其中，光光電碼盤(pán)在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多電碼盤(pán)在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，而由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤(pán)則可用作速度檢測(cè)元件。另外，它還可分為絕對(duì)式絕對(duì)式和增量式增量式兩種。 脈沖編碼器脈沖編碼器

12、 西飛工學(xué)院 增量脈沖編碼器增量脈沖編碼器 結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理 信號(hào)處理裝置abz碼盤(pán)基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板AABBZZ節(jié)距m+/4光源AA 、ZZBB、ZBA、ZBA、AB90Z碼盤(pán)轉(zhuǎn)一圈是 西飛工學(xué)院 輸出信號(hào)的作用及其處理輸出信號(hào)的作用及其處理 A、B兩相的作用兩相的作用根據(jù)脈沖的數(shù)目脈沖的數(shù)目可得出被測(cè)軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率脈沖的頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前、滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。后續(xù)電路可利用A、B兩相的90相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。ABCP90O 西飛工學(xué)院 Z相的作用相的作用 被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)；被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈

13、數(shù)記數(shù)信號(hào)。 的作用的作用后續(xù)電路可利用A、 兩相實(shí)現(xiàn)差分輸入，以消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓材８蓴_。Z碼盤(pán)轉(zhuǎn)一圈ZBA、A 西飛工學(xué)院 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型交流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，交流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為磁頻率通常為400H400H、500H500H、1000H1000H、3000H3000H、5000H5000H，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測(cè)裝置 西飛工學(xué)院 西飛工學(xué)院床身導(dǎo)軌床身導(dǎo)軌 該圖是一個(gè)該圖是一個(gè)加工中心的光機(jī)加工中心的光機(jī)由由X、Y、Z及主及主軸頭組成。其中軸頭組成。其中導(dǎo)軌的作用是：導(dǎo)軌的作用是：支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定