數(shù)控機(jī)床檢測(cè)裝置課件

1、第6章 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)裝置6.1 旋轉(zhuǎn)變壓器6.36.4感應(yīng)同步器6.5磁 柵6.6編碼器概 述6.2光 柵1本章概要提要本章主要介紹數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的組成、作用、分類及幾種常用位置檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。重點(diǎn)：位置檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)和工作原理難點(diǎn)：位置檢測(cè)元件的工作原理。2本章概要掌握程度 掌握位置檢測(cè)裝置的組成及作用 掌握各種檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)和工作原理 了解數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求 了解位置檢測(cè)裝置的分類 了解各種位置檢測(cè)元件的特點(diǎn)及應(yīng)用3本節(jié)提示 數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置(測(cè)量線路)組成。一般安裝在機(jī)床工作臺(tái)上或絲杠軸、電機(jī)軸端。檢測(cè)裝置的作用是實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床

2、執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，從而將執(zhí)行部件的現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，構(gòu)成伺服系統(tǒng)的半閉環(huán)或閉環(huán)控制。 6.1 概 述4數(shù)控機(jī)床上使用的檢測(cè)裝置應(yīng)滿足以下要求： 1.高可靠性和高抗干擾性。 2.能滿足精度和速度的要求。 3.使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。 4.成本低。6.1.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)位置測(cè)量裝置的要求 6.1 概 述56.1 概 述 6.1.2 位置檢測(cè)裝置的分類1.按輸出信號(hào)的形式分?jǐn)?shù)字式: 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。 這樣的檢測(cè)裝置有脈沖編碼器、光柵等。模擬式: 將被測(cè)量以連續(xù)變化的物理量來表示，如電壓的相位變化、幅值變化等

3、。數(shù)控機(jī)床中模擬式檢測(cè)主要用于小量程測(cè)量，這樣的檢測(cè)裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和磁尺等。66.1 概 述2.按測(cè)量基點(diǎn)的類型分 增量式：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。每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位就發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)裝置比較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可以做為測(cè)量起點(diǎn)。但在此系統(tǒng)中，移動(dòng)的距離是靠對(duì)檢測(cè)信號(hào)累積后讀出的，一旦累積有誤，測(cè)量結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外發(fā)生故障后不能再找到原來的正確位置，必須在故障排除后，將運(yùn)動(dòng)部件移至起點(diǎn)重新計(jì)數(shù)才能找到故障前的正確位置。脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等。絕對(duì)式：測(cè)量的是被測(cè)部件在某一絕對(duì)坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)位置值，并

4、且以二進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)碼信號(hào)表示出來，一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號(hào)才能送去進(jìn)行比較和顯示。這樣的檢測(cè)裝置有絕對(duì)式脈沖編碼盤、三速式絕對(duì)編碼盤等。76.1 概 述3.按檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)形式分直線型: 檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)或刀架上，隨工作臺(tái)或刀架一起移動(dòng)，用來測(cè)量其直線位移。這類的檢測(cè)裝置有直線光柵、感應(yīng)同步尺、磁柵等，可以構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。直線型檢測(cè)裝置的測(cè)量精度主要取決于測(cè)量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影響?；剞D(zhuǎn)型: 檢測(cè)裝置安裝在絲杠軸或電動(dòng)機(jī)軸端，測(cè)量角位移。當(dāng)檢測(cè)裝置隨軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，機(jī)床的直線運(yùn)動(dòng)部件就移動(dòng)一個(gè)絲杠導(dǎo)程的位移，因此測(cè)得的角位移經(jīng)過傳動(dòng)比變換后才能得到執(zhí)行部件的直線位移量。這

5、類檢測(cè)裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等，可以構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)型檢測(cè)裝置的測(cè)量精度主要取決于測(cè)量元件和機(jī)床傳動(dòng)鏈兩者的精度。 86.2 旋轉(zhuǎn)變壓器 本節(jié)提示 旋轉(zhuǎn)變壓器是利用變壓器原理實(shí)現(xiàn)角位移測(cè)量的檢測(cè)元件，它可以將角度信號(hào)轉(zhuǎn)換成與其成某種函數(shù)關(guān)系的電壓信號(hào)，具有輸出信號(hào)幅值大、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、性能可靠等特點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要求不高，廣泛用于半閉環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。 96.2 旋轉(zhuǎn)變壓器 6.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)1-轉(zhuǎn)子軸；2-分解器定子；3-分解器轉(zhuǎn)子；4-分解器轉(zhuǎn)子線圈；5-分解器定子線圈；6-變壓器定子；7-變壓器轉(zhuǎn)子；8-變壓器一次線圈；9-變壓器二次線

6、圈圖6.2 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖10 6.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)保證了其定子和轉(zhuǎn)子之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律，因此，當(dāng)激磁電壓加到定子繞組時(shí)，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組便產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器11設(shè)加在定子繞組的激磁電壓為： 通過電磁偶合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： 式中，K-變壓比（即繞組匝數(shù)比）； Vm-激磁電壓的幅值； -定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間的夾角。6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器12圖6-3 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器13 6.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用圖6.4 四極旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理 四極旋轉(zhuǎn)變壓器定子繞

7、組和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個(gè)匝數(shù)相等互相垂直的繞組組成，其中，定子上的兩相繞組，一相為正弦繞組，一相為余弦繞組。轉(zhuǎn)子的兩相繞組，一相為工作繞組，一相為電樞補(bǔ)償繞組。定子繞組通入不同的激磁電壓，旋轉(zhuǎn)變壓器可以有兩種不同的工作方式：鑒相式和鑒幅式。 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器141.鑒相式 鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的相位來確定被測(cè)位移大小的檢測(cè)方式。在該工作方式下，旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相繞組，分別通以幅值相同、頻率相同，但相位差/2的正弦交變電壓，即 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過電磁感應(yīng)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，根據(jù)線性疊加原理，在轉(zhuǎn)子工作繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為這兩相磁通所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)之和，即

8、6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器152.鑒幅式 鑒幅式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的幅值來確定被測(cè)位移大小的檢測(cè)方式。在該工作方式下，旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相繞組，分別通以頻率相同、相位相同，但幅值分別按正弦和余弦變化的交變電壓，即 在轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電勢(shì)為 式中， -轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角； -電氣角，激磁交變電壓信號(hào)的相位角。6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器166.3 感應(yīng)同步器 本節(jié)提示 感應(yīng)同步器與旋轉(zhuǎn)變壓器一樣，是一種電磁感應(yīng)式的檢測(cè)裝置，根據(jù)電磁耦合原理將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種用來測(cè)量直線位移，稱直線式感應(yīng)同步器；另一種用來測(cè)量角位移，稱旋轉(zhuǎn)式（或圓盤式）感應(yīng)同步器，由定子和轉(zhuǎn)子組成，形

9、狀呈圓片形。感應(yīng)同步器對(duì)環(huán)境要求低，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，成本低，使用壽命長(zhǎng)大量程接長(zhǎng)方便，可以測(cè)量較大位移。 17 6.3.1 直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成。定尺和滑尺的材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝相同?；迨怯膳c機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板或非鐵磁的材料做成，基板上用絕緣粘接劑貼有銅箔，并用制造印刷線路板相同的腐蝕方法制成印刷繞組。在定尺的繞組表面涂上一層耐切削液的清漆涂層，以保護(hù)尺面。在滑尺的繞組表面上用絕緣的粘接劑粘貼一層鋁箔作為屏蔽層，以防止機(jī)床切削液腐蝕和靜電感應(yīng)的影響。使用時(shí)定尺安裝在機(jī)床固定部件上，滑尺安裝在移動(dòng)部件上，兩尺平行安置，之間保持約為（0.250.

10、05）mm的間隙。 6.3 感應(yīng)同步器181-基板；2-絕緣層；3-繞組；4-屏蔽層圖6.7 直線式感應(yīng)同步器6.3 感應(yīng)同步器19 標(biāo)準(zhǔn)直線式感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)度為250mm，滑尺長(zhǎng)度為100mm，圖6.8所示為兩種型號(hào)的定尺，圖6.9所示為兩種型號(hào)的滑尺。如果測(cè)量長(zhǎng)度超過170mm時(shí)，可將若干根定尺接長(zhǎng)使用。 圖6.8 感應(yīng)同步器定尺 圖6.9 感應(yīng)同步器滑尺 6.3 感應(yīng)同步器20 定尺和滑尺上繞組的節(jié)距相等，均為2,定尺上繞組是連續(xù)的,滑尺上則分布著兩個(gè)激磁繞組,分別稱為正弦繞組和余弦繞組,這兩個(gè)激磁繞組在長(zhǎng)度方向上相差1/4節(jié)距。即如果把定尺繞組和滑尺繞組A對(duì)準(zhǔn)，那么滑尺繞組B正好和定

11、尺繞組相差1/4節(jié)距。 圖6.10 直線式感應(yīng)同步器繞組原理圖 6.3 感應(yīng)同步器21 6.3.2 直線式感應(yīng)同步器的工作原理圖6.11 感應(yīng)同步器的工作原理 設(shè)滑尺移動(dòng)移動(dòng)距離為 ，感應(yīng)電勢(shì)將以余弦函數(shù)變化相位角 ，則有： 即可得： 6.3 感應(yīng)同步器22令Vs是加在滑尺任一繞組上的激磁電壓 則在定尺繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為： 式中，K- 電磁耦合系數(shù)； Vm-激磁電壓的幅值； -滑尺相對(duì)于定尺在空間的相位角。 6.3 感應(yīng)同步器23 當(dāng)滑尺上某一繞組通以給定頻率的激磁交變電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組上產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電勢(shì)，該感應(yīng)電勢(shì)是感應(yīng)同步器的輸出信號(hào)，它能反映滑尺和定尺之間的相對(duì)位移

12、。當(dāng)滑尺繞組上施加不同的激磁交變電壓時(shí)，感應(yīng)同步器的工作方式同樣也有鑒相式工作方式和鑒幅式工作方式兩種。 6.3 感應(yīng)同步器246.4 光 柵 本節(jié)提示 光柵是一種光電檢測(cè)裝置，測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，是構(gòu)成進(jìn)給伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制常用的位置檢測(cè)裝置之一。光柵的測(cè)量精度很高，可小于1。光柵對(duì)環(huán)境有一定的要求，灰塵、油污等會(huì)影響工作可靠性，且電路較復(fù)雜，成本較高。 25 光柵種類很多，根據(jù)制造方法和光學(xué)原理不同，光柵分為透射光柵和反射光柵，透射光柵是在玻璃的表面制成透明與不透明等間距的光柵線紋，反射光柵是在金屬的鏡面上制成全反射或漫反射等間距的光柵線紋。根據(jù)形狀不同,光柵分為直線光柵和圓光柵，直線

13、光柵用于測(cè)量直線位移，圓光柵用于測(cè)量角位移。在數(shù)控機(jī)床上使用較多的是透射光柵。 圖6.12 意大利GIVI直線光柵 圖6.13 RESR圓光柵 6.4 光 柵26 6.4.1 直線光柵的結(jié)構(gòu)直線透射光柵由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。 1-光源；2-透鏡；3-指示光柵；4-光敏元件；5-驅(qū)動(dòng)線路 圖6.14 直線光柵的結(jié)構(gòu)示意圖 6.4 光 柵27圖6.15 光柵尺 6.4 光 柵28圖6.16 海德漢光柵尺 6.4 光 柵29 6.4.2 光柵的測(cè)量原理 光柵是根據(jù)莫爾條紋的形成原理進(jìn)行測(cè)量工作的。光柵實(shí)際上是一根刻線很密很精確的“尺”。如果用它測(cè)量位移，只要數(shù)出測(cè)試對(duì)象上某個(gè)確定點(diǎn)相對(duì)于

14、光柵移過的線紋數(shù)即可。但是，由于光柵線紋過密，直接對(duì)線紋計(jì)數(shù)很困難，因而利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)數(shù)。 6.4 光 柵30圖6.17 莫爾條紋的形成 6.4 光 柵31莫爾條紋具有以下特征： 1.放大作用 在兩光柵線紋夾角很小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距、柵線角（rad）之間有下列關(guān)系，即 由于很小， ，則 若 =0.01mm， =0.01rad，則上式可得W=1mm，即把光柵柵距轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋寬度。由此可見，莫爾條紋具有放大作用。6.4 光 柵322.莫爾條紋的變化規(guī)律 當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋也相應(yīng)地移過一個(gè)條紋間距。由于光的衍射和干涉作用，其光強(qiáng)的變化規(guī)律

15、近似正弦函數(shù)，若光柵向相反方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋也向相反方向移動(dòng)。莫爾條紋的移動(dòng)方向與光柵的移動(dòng)方向垂直，這樣，測(cè)量光柵水平移動(dòng)的微小距離就用檢測(cè)垂直方向的寬大的莫爾條紋的變化代替。 6.4 光 柵333.均化誤差作用 莫爾條紋是由若干光柵線紋共用形成，例如每毫米100條線紋的光柵，10mm寬的一條莫爾條紋就由1000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。 6.4 光 柵34 6.4.3 光柵測(cè)量裝置的信號(hào)處理 光柵測(cè)量裝置的信號(hào)處理電路包括差動(dòng)放大器、整形器、鑒相倍頻和門電路。由4個(gè)光電元件獲得的4路光電信號(hào)分別送到2只差動(dòng)放大器輸入端，從差動(dòng)

16、放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為/2，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖，需對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度。 6.4 光 柵35圖6.18 光柵測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)處理電路框圖 6.4 光 柵36 高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴，且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率，需要對(duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分，目前光柵檢測(cè)裝置多采用電子細(xì)分方法。 （a）在一個(gè)莫爾條紋寬度上 并列安放4個(gè)光電元件 （b）波形圖 6.4 光 柵37光柵尺光柵尺6.4 光 柵386.5 磁 柵 本節(jié)提示 磁柵是用電磁方法計(jì)算

17、磁波數(shù)目的一種位置檢測(cè)裝置，按其結(jié)構(gòu)可分為直線式和角位移式，分別用于長(zhǎng)度和角度的檢測(cè)。磁柵加工工藝簡(jiǎn)單，需要時(shí)還可以將原來的磁化信號(hào)抹去，重新錄制。目前可以做到系統(tǒng)精度0.01mm，分辨率5um。磁柵對(duì)使用環(huán)境的條件要求較低，在油污、灰塵較多的工作環(huán)境使用時(shí)，仍具有較高的穩(wěn)定性。 39 6.5.1 磁柵尺的結(jié)構(gòu) 磁柵尺用于測(cè)量直線位移，由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成。 圖6.22 磁柵檢測(cè)裝置的構(gòu)成 6.5 磁 柵401.磁柵標(biāo)尺 是在非導(dǎo)磁材料上涂一層12 m的磁性材料，形成一層均勻的磁性薄膜，然后采用錄磁的方法在磁性薄膜上錄制的具有一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)。信號(hào)可為正弦波或方波，波長(zhǎng)一般為0.05

18、mm, 0.1mm, 0.2mm, 1mm等。 6.5 磁 柵412.磁頭 是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送到檢測(cè)電路中去。 磁頭有兩種，動(dòng)態(tài)磁頭和靜態(tài)磁頭。動(dòng)態(tài)磁頭又稱速度響應(yīng)式磁頭，只有在磁頭與磁尺間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才能讀取磁化信號(hào)，并有電壓信號(hào)輸出，輸出信號(hào)的大小取決于運(yùn)動(dòng)速度，靜止時(shí)沒有信號(hào)輸出。靜態(tài)磁頭又稱磁通響應(yīng)式磁頭，在低速甚至靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，所以數(shù)控機(jī)床上采用靜態(tài)磁頭。靜態(tài)磁頭分為單磁頭、雙磁頭和多磁頭。6.5 磁 柵42 靜態(tài)磁頭由鐵心上兩個(gè)產(chǎn)生磁通方向相反的勵(lì)磁繞組和兩個(gè)串聯(lián)的拾磁繞組組成。1-磁性膜；2-基體；3-磁尺；4-磁頭；5-鐵

19、心；6-勵(lì)磁繞組；7-拾磁繞組 圖6.23 磁柵結(jié)構(gòu)原理 6.5 磁 柵43 將高頻勵(lì)磁電流通人勵(lì)磁繞組時(shí)，在磁頭上產(chǎn)生磁通1。當(dāng)磁頭靠近磁尺時(shí)，磁尺上的磁信號(hào)產(chǎn)生的磁通0進(jìn)入磁頭鐵心，并被高頻勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通1所調(diào)制。于是在拾磁線圈中感應(yīng)電壓為 式中：U0-感應(yīng)電壓幅值；-磁尺磁化信號(hào)的節(jié)距；x-選定某一N極作為位移零點(diǎn)時(shí)，磁頭相對(duì)于磁尺的位移；-輸出線圈感應(yīng)電壓的頻率，它比勵(lì)磁電流的頻率高一倍。 6.5 磁 柵44 使用單磁頭輸出信號(hào)小,而且對(duì)磁柵標(biāo)尺上磁化信號(hào)的節(jié)距和波形精度要求高,為此,實(shí)際使用時(shí)將幾十個(gè)磁頭以一定方式聯(lián)接起來,組成多磁頭串聯(lián)方式,如圖6.24所示。圖6.24 多間隙

20、磁頭工作原理 6.5 磁 柵45 采用雙磁頭是為了辨別磁頭在磁尺上的移動(dòng)方向，通常兩磁頭間距為(m1/4)(m為任意正整數(shù))配置，如圖6.25所示。從兩磁頭的輸出繞組上得到的是兩路相位差900的電壓信號(hào)，根據(jù)兩個(gè)磁頭輸出信號(hào)的超前或滯后，可確定其移動(dòng)方向。磁柵尺的辨向原理與光柵尺是一樣的。 圖6.25 辨向磁頭的配置 6.5 磁 柵46 6.5.2 磁柵尺的工作原理 磁尺檢測(cè)是模擬測(cè)量，檢出信號(hào)是一模擬信號(hào)，必須經(jīng)檢測(cè)電路處理變換，才能獲得表示位移量的脈沖信號(hào)。根據(jù)檢測(cè)方法不同，檢測(cè)電路分為鑒幅型和鑒相型兩種。數(shù)控機(jī)床上常采用的是鑒相式測(cè)量。如圖6.26所示。6.5 磁 柵47圖6.26磁柵檢

21、測(cè)裝置的工作原理 6.5 磁 柵48 對(duì)圖6.26所示的兩組磁頭A和B的勵(lì)磁繞組分別通以同頻率、同幅值、相位相差900的激磁電流，取磁尺上的某N點(diǎn)為起點(diǎn)，若A磁頭離開起點(diǎn)的距離為x，則A和B磁頭上拾磁繞組輸出的輸出電壓為： 在求和電路中相加，則得磁頭總輸出電壓為： 6.5 磁 柵49 磁柵檢測(cè)裝置原理的方框圖如圖6.26所示,由脈沖發(fā)生器發(fā)出400 kHz脈沖序列,經(jīng)80分頻,得到5 kHz的勵(lì)磁信號(hào),再經(jīng)帶通濾波器變成正弦波后分成兩路:一路經(jīng)功率放大器送到第一組的磁頭的勵(lì)磁線圈;另一路經(jīng)45移相,后由功率放大器送到第二組的勵(lì)磁線圈,從兩組磁頭讀出信號(hào)(U1,U2),由求和電路去求和,即可得到

22、相位隨位移X而變化的合成信號(hào),將該信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形后變成10 kHz的方波,再與一相激磁電流(基準(zhǔn)相位)鑒相以細(xì)分內(nèi)插的原理,即可得到分辨率為5 m(磁尺上的磁化信號(hào)節(jié)距200 m)的位移測(cè)量脈沖,該脈沖可送至顯示計(jì)數(shù)器或位置檢測(cè)控制回路。 6.5 磁 柵506.6 編碼器 本節(jié)提示 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它能把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電脈沖，是一種常用的角位移測(cè)量裝置。脈沖編碼器分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種，光電式的精度和可靠性都優(yōu)于其它兩種，因而廣泛使用于數(shù)控機(jī)床上。 51 光電脈沖編碼器按工作原理又可分為增量式光電脈沖編碼器和絕對(duì)式光電脈沖編碼器兩種。增量式光電脈沖編碼器

23、是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式光電脈沖編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。這兩種在數(shù)控機(jī)床中均有應(yīng)用，常用的是增量式光電脈沖編碼器，絕對(duì)式光電脈沖編碼器應(yīng)用于特殊要求的場(chǎng)合。 6.6 編碼器52 6.6.1 增量式脈沖編碼器 增量式脈沖編碼器能把旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度準(zhǔn)確測(cè)量出來的位置檢測(cè)裝置。 1-旋轉(zhuǎn)軸；2-滾動(dòng)軸承；3-透光狹縫；4-光電碼盤；5-光源；6-聚光鏡；7-光欄板；8-光敏元件 圖6.28 增量式脈沖編碼器原理圖 6.6 編碼器

24、53 在光源的照射下，光線透過光電碼盤和光欄板上的狹縫，形成明暗相間近似于正弦信號(hào)的光信號(hào)。光敏元件接收這些光信號(hào)，并把轉(zhuǎn)換成近似正弦波的電信號(hào)，通過信號(hào)處理電路整形、放大、分頻變換成電脈沖信號(hào)。通過計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角位移。通過計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的頻率，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速。測(cè)量結(jié)果可以通過數(shù)字顯示裝置進(jìn)行顯示或直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。 6.6 編碼器54圖6.29 增量式光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu) 6.6 編碼器55 實(shí)際應(yīng)用的增量式光電脈沖編碼器的光欄板有兩組狹縫A、和B、，A組與B組的狹縫在同一圓周上彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，這樣，當(dāng)A組狹縫全部遮住光電碼盤狹縫時(shí)，B組狹縫剛好遮

25、住光電碼盤上狹縫的一半，兩組狹縫相對(duì)應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)相位相差90，如圖5-20所示。根據(jù)信號(hào)A和信號(hào)B的發(fā)生順序，即可判斷光電編碼器軸的正反轉(zhuǎn)。若A相超前于B相，則對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)；若B相超前于A相，則對(duì)應(yīng)反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)正是利用這一相位關(guān)系來判斷方向的。另外還有一個(gè)狹縫稱為零位狹縫，光電碼盤轉(zhuǎn)一周時(shí)，由此狹縫發(fā)出一個(gè)脈沖。這個(gè)脈沖用來產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)，該脈沖以差動(dòng)形式C和輸出。光電碼盤轉(zhuǎn)過一個(gè)狹縫的角度，A信號(hào)就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，如果光電碼盤上有1000條刻線，則編碼器旋轉(zhuǎn)一周，A信號(hào)就有1000個(gè)脈沖，其測(cè)量角度的分辨率為0.36 。6.6 編碼器56圖6.30 光電脈沖編碼器的輸出波形 6.6 編碼器57 6.6.2 絕對(duì)式脈沖編碼器 絕對(duì)式光電脈沖編碼器可將被測(cè)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化成