第五章 數(shù)控檢測裝置

1、第五章 數(shù)控檢測裝置5.1 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。作用：閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)為反饋控制的隨動(dòng)系統(tǒng)，它的輸出量是機(jī)械位移、速度或加速度，利用這些量的反饋實(shí)現(xiàn)精確的位移、速度控制目的。數(shù)控系統(tǒng)的檢測裝置（即傳感器）起著測量和反饋兩個(gè)作用，它發(fā)出的信號傳送給數(shù)控裝置或?qū)Ｓ每刂破?，?gòu)成閉環(huán)控制。從一定意義上看，數(shù)控機(jī)床的加工精度和定位精度主要取決于檢測裝置的精度。傳感器能分辨出的最小測量值稱為分辨率。分辨率不僅取決于傳感器本身，也取決于測量線路。 檢測裝置的分類表51 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)

2、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 數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移、速度和電流三種類型。根據(jù)安裝的位置及耦合方式直接測量和間接測量。按測量方法增量型和絕對型。按檢測信號的類型模擬式和數(shù)字式。根據(jù)

3、運(yùn)動(dòng)型式 回轉(zhuǎn)型和直線型。按信號轉(zhuǎn)換的原理光電效應(yīng)、光柵效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理、壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和磁阻效應(yīng)等。 數(shù)控測量裝置的性能指標(biāo)及要求傳感器的性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性和動(dòng)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(guān)系的準(zhǔn)確程度稱作精度。要滿足高精度和高速實(shí)時(shí)測量要求。2.分辨率：分辯率應(yīng)適應(yīng)機(jī)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。要求遲滯小。5.測量范圍和量程：滿足要求，留有余地。6.零漂與溫漂：隨時(shí)間、溫度變化要小。其它：可靠，抗干擾性強(qiáng)、使用維護(hù)方便、成本低等。5.2 旋轉(zhuǎn)變

4、壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種控制用的微電動(dòng)機(jī)，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號。在結(jié)構(gòu)上與二相線繞式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器的一次側(cè)，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的二次側(cè)。勵(lì)磁電壓接到定子繞組上，其頻率通常為400Hz、500Hz、1000Hz和5000Hz。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號幅度大，抗干擾性強(qiáng)，但測量精度較低，一般用于精度要求不高或大型機(jī)床的粗測及中測系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）簡稱旋變，又稱作解算器或分解器。分類：有電刷集電環(huán)結(jié)構(gòu)和無刷結(jié)構(gòu)。每一類又分為單對極元件、多對極元件（或稱多極

5、元件）。工作原理：旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器的基本相似，區(qū)別在于普通變壓器的一次、二次繞組是相對固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)；而旋轉(zhuǎn)變壓器的一次、二次繞組之間是隨著轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對位置變化的，因而其輸出電壓的大小也隨之而變化。也就是說當(dāng)定子繞組加上交流電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的大小取決于定子與轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組磁軸線在空間的相對位置。轉(zhuǎn)子繞組電壓的頻率與定子繞組的相同，但幅值隨轉(zhuǎn)子與定子的相對角位移的正弦函數(shù)而變化。所以只要測出轉(zhuǎn)子的輸出電壓的幅值，就可求出轉(zhuǎn)子相對定子的角位移。 當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸與定子繞組磁軸垂直時(shí)，=0，不產(chǎn)生感應(yīng)電壓；當(dāng)兩磁軸平行時(shí)，=90，感應(yīng)電壓最大；當(dāng)

6、兩磁軸為任意角度時(shí)，感應(yīng)電壓為： U2=KU1sin=KUmsintsin 式中： K變壓比(轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組的匝數(shù)比)， U1勵(lì)磁電壓， Um勵(lì)磁電壓的幅值， 勵(lì)磁電壓的角頻率。 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式 1. 鑒相工作方式該方式是通過旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的相位確定被測角位移，即給定子的兩個(gè)繞組分別通以同幅、同頻但相位差為90的勵(lì)磁電壓，這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是疊加在一起的。因而轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓為兩個(gè)電壓的代數(shù)和，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可以知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。 Vs=Vmsint Vc=Vm

7、cost E2=KV m cos- KV csin =KV m (sintcos- costsin) =KV m sin(t-) 鑒幅工作方式該方式是通過旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值確定被測角位移，即給定子的兩個(gè)繞組分別通以同相、同頻但幅值不同的交流勵(lì)磁電壓，轉(zhuǎn)子輸出電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角值。Vs=Vmsin電sint Vc=Vmcos電sint E2=KV m cos機(jī)- KV csin機(jī) =KV m sint(sin電cos機(jī)- cos電sin機(jī) =KV m sin(電-機(jī)) sint感應(yīng)電勢（E2）是以為角頻率、以Vm sin(電 -機(jī) )為幅值的

8、交變電壓信號。若電氣角電已知，只要測出E2 幅值(利用E2 =0)，便可間接的求出機(jī)械角機(jī) ，從而得出被測角位移。(第一講) 5.3 感應(yīng)同步器 (第二講)感應(yīng)同步器是利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角變?yōu)殡娦盘?，借以進(jìn)行位置檢測的反饋控制，在數(shù)控機(jī)床上使用極為普遍。按其用途可分為兩大類：直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器。前者用于直線位移的測量，后者用于轉(zhuǎn)角的測量。在結(jié)構(gòu)上，兩者都包括固定和運(yùn)動(dòng)兩大部分，對旋轉(zhuǎn)式分別稱為定子和轉(zhuǎn)子；對直線式分別稱為定尺和滑尺。感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和類型感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)式多極位置傳感元件，由旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來。它的極對數(shù)可以做得很多，一般取360對極、720對極，最

9、多的達(dá)2000對極。由于多極結(jié)構(gòu)，在電與磁兩方面對誤差都起補(bǔ)償作用，所以具有很高的精度。感應(yīng)同步器的勵(lì)磁頻率一般取210kHz。1. 圓感應(yīng)同步器它由定子和轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)子繞組為連續(xù)繞組；定子上有兩相正交繞組（sin繞組和cos繞組），做成分段式，兩相繞組交差分布，相差90電相角。屬于同一相的各相繞組用導(dǎo)線串聯(lián)起來。2. 直線式感應(yīng)同步器考慮到接長和安裝，通常定尺繞組做成連續(xù)式單相繞組。 滑尺上配置斷續(xù)繞組，并且分為正弦勵(lì)磁繞組和余弦勵(lì)磁繞組，這兩個(gè)繞組在空間上錯(cuò)開90電相角。 感應(yīng)同步器的工作原理當(dāng)滑尺上勵(lì)磁繞組和定尺上的繞組位置重合時(shí)，耦合磁通最大，感應(yīng)電動(dòng)勢也最大。當(dāng)繼續(xù)平行移動(dòng)滑尺時(shí)，感

10、應(yīng)電動(dòng)勢逐漸減小，當(dāng)移動(dòng)到1/4節(jié)距位置處，在感應(yīng)繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢為零。繼續(xù)移動(dòng)到半個(gè)節(jié)距處，可得到與初始位置極性相反的最大感應(yīng)電動(dòng)勢。在3/4節(jié)距處，感應(yīng)電動(dòng)勢又 變?yōu)榱恪Ｒ苿?dòng)到下一個(gè)節(jié)距時(shí)，又回到與初始位置完全相同的耦合狀態(tài)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大。這樣，感應(yīng)電動(dòng)勢隨滑尺相對于定尺的移動(dòng)而呈周期性變化。 感應(yīng)同步器的應(yīng)用(1) 鑒相型系統(tǒng)當(dāng)在正弦繞組加勵(lì)磁電壓Us=Umsint，它在定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為： Uos=KUscos=KUmsintcos式中 K耦合系數(shù)， 與位移X對應(yīng)的角度，定、滑尺相對移動(dòng)一個(gè)節(jié)距P=2，從0變到2，即 = 2X/P = x/同理，在余弦繞組加勵(lì)磁電壓Uc=

11、Umcost，它在定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為： Uoc=KUccos（+/2）= -KUmcostsin應(yīng)用迭加原理，定尺上的感應(yīng)電動(dòng)勢為： Uo= Uos+ Uoc = KUmsin（t-）下張片子中上面這張圖是鑒相檢測系統(tǒng)方框圖；下面這張圖是脈沖相位變換器方框圖。2. 鑒幅式系統(tǒng)比較器數(shù)模轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié)速度單元工作臺測量及信號處理電路伺服電機(jī)進(jìn)給指令 鑒幅式伺服系統(tǒng)原理框圖進(jìn)入比較器的信號有兩路，一路來自進(jìn)給脈沖，它代表了數(shù)控裝置要求機(jī)床工作臺移動(dòng)的位移量。另一路來自測量及信號處理電路，以數(shù)字脈沖形式出現(xiàn)，體現(xiàn)了工作臺實(shí)際移動(dòng)的距離。鑒幅式系統(tǒng)工作之前，數(shù)控裝置和測量元件的信號處理電路都沒

12、有脈沖輸出，比較器的輸出為零，工作臺不移動(dòng)。出現(xiàn)進(jìn)給脈沖信號后，比較器的輸出不為零，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將比較器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)放大后，由伺服電機(jī)帶動(dòng)工作臺移動(dòng)。同時(shí)，工作在鑒幅狀態(tài)的感應(yīng)同步器的定尺感應(yīng)出電壓信號，經(jīng)信號處理線路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號，該數(shù)字脈沖信號作為反饋信號進(jìn)入比較器與進(jìn)給脈沖進(jìn)行比較。若兩者相等，比較器輸出為零，工作臺不動(dòng)；若兩者不相等，說明工作臺實(shí)際移動(dòng)的距離還不等于指令信號要求移動(dòng)的距離，伺服電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)工作臺移動(dòng)，直到比較器輸出為零時(shí)停止。 感應(yīng)同步器的使用特點(diǎn) 精度高由于感應(yīng)同步器是直接對機(jī)床位移進(jìn)行測量，中間不經(jīng)過任何機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，測量精度只受本身精

13、度限制。定尺和滑尺上的平面繞組，采用專門的工藝方法制作精確。再加上它的極對數(shù)多，定尺上的感應(yīng)電壓信號是多周期的平均效應(yīng)，從而減少了制造繞組局部誤差的影響，所以測量精度高。目前直線感應(yīng)同步器的精度可達(dá)0.001mm,重復(fù)精度0.0002mm,靈敏度0.00005m。直徑為302mm的感應(yīng)同步器的精度可達(dá)0.5,重復(fù)精度0.1，靈敏度0.05。 可拼接成各種需要的長度 根據(jù)測量長度的要求，采用多塊定尺接長，相鄰定尺間隔也可以調(diào)整，使拼接后總長度的精度保持（或略低于）單塊定尺的精度。尺與尺之間的繞組連接方式有兩種：當(dāng)定尺少于10塊時(shí)，將各繞組串聯(lián)連接，當(dāng)多于10塊時(shí)，先將各繞組分成兩組串聯(lián)，然后將此

14、兩組再并聯(lián)，以不使定尺繞組阻抗過高為原則。 對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 直線式感應(yīng)同步器金屬基尺與安裝部件的材料的膨脹系數(shù)相近，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩者的變化規(guī)律相同，而不影響測量精度。感應(yīng)同步器為非接觸式電磁耦合器件，可選耐溫性能好的非導(dǎo)磁性材料作保護(hù)層，加強(qiáng)了其抗溫防濕的能力，同時(shí)在繞組的每個(gè)周期內(nèi)，任何時(shí)候都可以給出與絕對位置相對應(yīng)的單值電壓信號，不受環(huán)境干擾的影響。 使用壽命長 由于感應(yīng)同步器定尺與滑尺之間不直接接觸，因而沒有磨損，所以壽命長。但是感應(yīng)同步器大多裝在切屑或切削液容易入侵的部位，所以必須用鋼帶或折罩覆蓋，以免切屑劃傷滑尺與定尺的繞組。 注意安裝間隙感應(yīng)同步器安裝時(shí)要注意定尺與滑尺之間

15、的間隙，一般在（0.020.25）mm0.05mm以內(nèi)，滑尺在移動(dòng)過程中，由于晃動(dòng)所引起的間隙變化也必須控制在0.01mm之內(nèi)。如果間隙過大，必將影響測量信號的靈敏度。 5.4 直線光柵光柵用于光譜分析和光波波長的測定，是測量數(shù)控機(jī)床工作臺位移的光電檢測元件。光柵分為物理光柵和計(jì)量光柵。物理光柵刻線細(xì)密，用于光譜分析和光波波長的測定。計(jì)量光柵比較而言刻線較粗，但柵距也較小，在0.0040.25mm之間，測量的位置精度非常高，分辨率也很高，達(dá)0.1m，主要用在數(shù)字檢測系統(tǒng)。光柵傳感器為動(dòng)態(tài)測量元件，按運(yùn)動(dòng)方式分為長光柵和圓光柵：長光柵用來測量直線位移；圓光柵用來測量角度位移。根據(jù)光線在光柵中的運(yùn)

16、動(dòng)路徑分為透射光柵和反射光柵。一般光柵傳感器都是做成增量式的，也可以做成絕對值式的。目前光柵傳感器應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，其精度僅次于激光式測量。在加工中心等高精度數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較廣。 長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)1長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)光柵是由光源、聚光鏡、主光柵、指示光柵和光敏元件等構(gòu)成。主光柵和指示光柵分別安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件及固定部件上，兩者相對移動(dòng)，相互平行，它們之間保持0.05mm或0.1mm的間隙。主光柵和指示光柵的刻線錯(cuò)開一定的角度，以得到莫爾條紋。 主光柵和指示光柵通稱為光柵尺，它們是在真空鍍膜的玻璃片或長條形金屬鏡面上光刻出均勻密集的線紋。光柵的線紋相互平行，線紋之間的距離

17、稱為柵距。對于圓光柵，這些線紋是圓心角相等的向心條紋。兩條向心紋線之間的夾角稱為柵距角。 柵距和柵距角是光柵的重要參數(shù)。對于長光柵，金屬反射光柵的線紋密度為2550/mm；玻璃透射光柵為100250/mm。對于圓光柵，一周內(nèi)刻有10800條線紋（圓光柵直徑為270mm，360進(jìn)制）。標(biāo)尺光柵312431245圖5.9 光柵的結(jié)構(gòu) 圖5.10 光柵讀數(shù)頭 1-防護(hù)墊 2-光柵讀數(shù)頭 1-光源 2-準(zhǔn)直鏡 3-指示光柵3-標(biāo)尺光柵 4-防護(hù)罩 4-光敏元件 5-驅(qū)動(dòng)線路什么叫莫爾條紋？柵距相同的主光柵和指示光柵，刻線面相對的重疊在一起，中間留有適當(dāng)小的間隙，并且兩者刻線錯(cuò)開一定的角度，兩塊光柵的刻

18、線就會(huì)相交。這樣由于光的干涉效應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生和柵線接近于垂直的明暗相間的條紋，這些條紋就是莫爾條紋。圖4-41 莫爾條紋嚴(yán)格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。 莫爾條紋中相鄰兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的間距。 摩爾條文寬度B的理論公式莫爾條紋的特征（特點(diǎn)）： (第三講)（1）莫爾條紋的變化規(guī)律兩片兩光柵相對移過一個(gè)柵距，莫爾條紋移過一個(gè)條紋間距。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）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。 （2）放大作用 用W（mm）表示莫爾條紋的寬度，P(mm)表示柵距，(rad)為光柵線紋之間的夾角，在兩光柵柵

19、線夾角較小的情況下，如圖4-41所示則有 莫爾條紋寬度W與角成反比， 越小，放大倍數(shù)越大。就不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，便能將光柵的柵距放大，從而大大減化了電子放大線路。（3）均化柵距誤差作用莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成，例如，200條/mm的光柵，10mm寬的光柵就由2000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。（4） 辨向作用當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地向上或向下準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)間距 W。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(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反（

20、見圖4-41）。若標(biāo)尺光柵不動(dòng)，將指示光柵轉(zhuǎn)一很小的角度，兩者移動(dòng)方向及光柵夾角關(guān)系如下表所示。因莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移動(dòng)方向垂直，可用檢測垂直方向?qū)挻蟮哪獱枟l紋代替光柵水平方向移動(dòng)的微小距離。莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移動(dòng)方向及光柵夾角的關(guān)系表指示光柵轉(zhuǎn)角方向標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向 莫爾條紋 移動(dòng)方向逆時(shí)針方 向右下左上順時(shí)針方 向右上左下 光柵位移-數(shù)字變換電路利用莫爾條紋的上述特點(diǎn)，光敏元件可以把光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，根據(jù)電壓信號的變化，我們就可測量出光柵的相對位移情況，如位移大小、位移方向和移動(dòng)速度等。在光柵測量系統(tǒng)中，為了提高分辨率和測量精度，不可能僅靠增大柵線的密度來實(shí)現(xiàn)。工程上采

21、用莫爾條紋的細(xì)分技術(shù)。細(xì)分技術(shù)有光學(xué)細(xì)分、機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分等方法。伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是電子細(xì)分法。最基礎(chǔ)的是4倍頻光柵位移-數(shù)字變換電路。這種電路的組成就是后面這張圖。abcd差動(dòng)放大差動(dòng)放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脈沖反向脈沖sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走由4塊光電池發(fā)出的信號分別為a、b、c和d，相位彼此相關(guān)90。 a、c信號是相位差為180的兩個(gè)信號，送入差動(dòng)放大器放大，得到sin信號。將信號幅度放大到足夠大。 同理b、d信號送入到另一個(gè)差動(dòng)放大器，得到cos信號。sin、c

22、os信號經(jīng)過整形器的整形變成兩個(gè)方波，這兩個(gè)方波信號再經(jīng)過反向又得到兩個(gè)方波信號。然后將這4個(gè)方波信號再經(jīng)過微分變成4個(gè)窄脈沖，由與門電路把0、90、180和270四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動(dòng)方向形成正向脈沖或反向脈沖。最后再計(jì)算出脈沖個(gè)數(shù)，來測量光柵的實(shí)際位移。光柵移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的莫爾條紋由光電元件接受。然后經(jīng)過位移-數(shù)字變換電路形成正走、反走時(shí)的正向、反向脈沖。5.5 光電脈沖編碼器 脈沖編碼器的分類與結(jié)構(gòu)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，可作為位置檢測和速度檢測裝置。脈沖編碼器分為：光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式。從精度和可靠性方面來看，光電式脈沖編碼器

23、優(yōu)于其他兩種。脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。數(shù)控機(jī)床上常用的有：2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等。1234567圖5. 14光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)1-光源； 2-圓光柵； 3-指示光柵； 4-光電池組； 5-機(jī)械部件； 6-護(hù)罩；7-印刷電路板這種檢測方式的特點(diǎn)是：檢測方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩??；由于光電變換性能的提高，可得到較快的響應(yīng)速度。其缺點(diǎn)是抗污染能力差，容易損壞。 光電脈沖編碼器的工作原理信號處理裝置abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距m+/4兩個(gè)光電元件錯(cuò)開90相位角安裝。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)節(jié)距時(shí)，在光源

24、照射下，就在光電元件上得到一個(gè)光電波形輸出。A相比B相導(dǎo)前90。若A相導(dǎo)前B相時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則B相導(dǎo)前A相時(shí)就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)。利用A相與B相的相應(yīng)關(guān)系可以判別編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。A、B信號為具有90相位差的正弦波，這組信號經(jīng)放大器放大與整形，得下圖所示的輸出方波。 光電脈沖編碼器的應(yīng)用光電脈沖編碼器在數(shù)控機(jī)床上，用在數(shù)字比較伺服系統(tǒng)中，作為位置檢測裝置。光電脈沖編碼器將位置檢測信號反饋給CNC裝置有幾種方式：一是適應(yīng)帶加減計(jì)數(shù)要求的可逆計(jì)數(shù)器，形成加計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖。二是適應(yīng)有計(jì)數(shù)控制端和方向控制端的計(jì)數(shù)器，形成正走、反走計(jì)數(shù)脈沖和方向控制電平。應(yīng)用一：適應(yīng)帶加減計(jì)數(shù)要求的可逆計(jì)數(shù)器，形成加

25、計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖。A相信號a+B相信號整形整形dbcef-可逆計(jì)數(shù)&單穩(wěn)反向abcdefabcdef光電脈沖編碼器的輸出脈沖信號A、A、B、B經(jīng)過差分驅(qū)動(dòng)傳輸進(jìn)入CNC裝置，仍為A相信號和B相信號。將A、B信號整形后，變成規(guī)整的方波（電路中a、b點(diǎn)）。當(dāng)光電脈沖編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)，A相信號超前B相信號，經(jīng)過單穩(wěn)電路變成d點(diǎn)的窄脈沖，與B相比反向后c點(diǎn)的信號e相，由e點(diǎn)輸出正向計(jì)數(shù)脈沖。f點(diǎn)由于在窄脈沖出現(xiàn)時(shí)，b點(diǎn)的信號為低電平，所以f點(diǎn)也保持低電平。這時(shí)可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)。當(dāng)光電脈沖編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)，B相信號超前A相信號，在d點(diǎn)窄脈沖出現(xiàn)時(shí)，因?yàn)閏點(diǎn)是低電平，所以e點(diǎn)保持低電平。f點(diǎn)輸出窄脈沖，作

26、為反向減計(jì)數(shù)脈沖。這時(shí)可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了不同旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，數(shù)字脈沖由不同通道輸出，分別進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器做進(jìn)一步的誤差處理工作。應(yīng)用二：適應(yīng)有計(jì)數(shù)控制端和方向控制端的計(jì)數(shù)器，形成正走、反走計(jì)數(shù)脈沖和方向控制電平。ABA1B1CD13高電平“1”低電平“0”高電平“1”高電平“1”ABA1B1CD13A相脈沖B相脈沖整形整形單穩(wěn)單穩(wěn)B1D S R12Q3脈沖方向計(jì)數(shù)有方向端的可逆計(jì)數(shù)器A1CQ正走時(shí)，A脈沖超前B脈沖，B方波和A1窄脈沖進(jìn)入C“與非門”，A方波和B1窄脈沖進(jìn)入D“與非門”，則C門和D門分別輸出高電平和負(fù)脈沖。光電脈沖編碼器的輸出脈沖信號A、A、B、B經(jīng)過差分驅(qū)動(dòng)傳輸進(jìn)入CNC裝置，為A相信號和B相信號，該兩相信