數(shù)控原理與系統(tǒng)之位置檢測裝置

第六章位置檢測裝置第一節(jié)概述第二節(jié)光電編碼器第三節(jié)光柵第四節(jié)感應同步器

第一節(jié)概述一、位置檢測裝置的作用與要求

位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下：

（1）

工作可靠，抗干擾能力強；（2）

滿足精度和速度的要求；（3）易于安裝，維護方便，成本低。

第一節(jié)概述二、位置檢測裝置的分類

位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面幾種分類方法：

（一）

絕對式測量和增量式測量

1.增量式測量

在輪廓控制數(shù)控機床上多采用這種測量方式，增量式測量只測相對位移量，如測量單位為0.001mm，則每移動0.001mm就發(fā)出一個脈沖信號，其優(yōu)點是測量裝置較簡單，任何一個對中點都可以作為測量的起點，而移距是由測量信號計數(shù)累加所得，但一旦計數(shù)有誤，以后測量所得結果完全錯誤。

第一節(jié)概述

2.絕對式測量

絕對式測量裝置對于被測量的任意一點位置均由固定的零點標起，每一個被測點都有一個相應的測量值。測量裝置的結構較增量式復雜，如編碼盤中，對應于碼盤的每一個角度位置便有一組二進制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進制位數(shù)也愈多，結構就愈復雜。

（二）數(shù)字式測量和模擬式測量

1.

數(shù)字式測量

它是將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進行比較、處理。信號抗干擾能力強、處理簡單。

第一節(jié)概述

2.

模擬量測量

它是將被測的量用連續(xù)變量來表示，如電壓變化、相位變化等。它對信號處理的方法相對來說比較復雜。

（三）直接測量和間接測量

1.

直接測量

直接測量是將直線型檢測裝置安裝在移動部件上，用來直接測量工作臺的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號，而構成位置閉環(huán)控制。其優(yōu)點是準確性高、可靠性好，缺點是測量裝置要和工作臺行程等長，所以在大型數(shù)控機床上受到一定限制。

第一節(jié)概述

2.

間接測量

它是將旋轉型檢測裝置安裝在驅動電機軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉動件的角位移來間接測量機床工作臺的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。優(yōu)點是測量方便、無長度限制。缺點是測量信號中增加了由回轉運動轉變?yōu)橹本€運動的傳動鏈誤差，從而影響了測量精度。表6-1常用位置檢測裝置

數(shù)字式模擬式旋轉式圓光柵、光電編碼器旋轉(多極)變壓器、圓型感應同步器直線式直線光柵、編碼尺直線型感應同步器、磁柵、絕對式磁尺

第二節(jié)光電編碼器

光電編碼器也稱脈沖編碼器，是一種旋轉式脈沖發(fā)生器，能把機械轉角變成電脈沖，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。脈沖編碼器可分為增量式與絕對式兩類。

一、增量式脈沖編碼器

增量式脈沖編碼器分光電式、接觸式和電磁感應式三種。就精度和可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種，它的型號是用脈沖數(shù)/轉（p/r）來區(qū)分，數(shù)控機床常用2000、2500、3000p/r等，現(xiàn)在已有每轉發(fā)10萬個脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于角度檢測外，還可以用于速度檢測。

第二節(jié)光電編碼器

光電式脈沖編碼器通常與電機做在一起，或者安裝在電機非軸伸端，電動機可直接與滾珠絲杠相連，或通過減速比為i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每一個脈沖對應機床工作臺移動的距離可用下式計算：式中—脈沖當量（mm/脈沖）；S—滾珠絲杠的導程（mm）；i—減速齒輪的減速比；M—脈沖編碼器每轉的脈沖數(shù)（p/r）。

第二節(jié)光電編碼器

光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號處理電路等組成（圖6-1）。光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。光電盤與工作軸連在一起，光電盤轉動時，每轉過一個縫隙就發(fā)生一次光線的明暗變化，光電元件把通過光電盤和圓盤射來的忽明忽暗的光信號轉換為近似正弦波的電信號，經過整形、放大、和微分處理后，輸出脈沖信號。通過記錄脈沖的數(shù)目，就可以測出轉角。測出脈沖的變化率，即單位時間脈沖的數(shù)目，就可以求出速度。

第二節(jié)光電編碼器圖6-1光電式脈沖編碼器結構示意圖

第二節(jié)光電編碼器

為了判斷旋轉方向，圓盤的兩個窄縫距離彼此錯開1/4節(jié)距，使兩個光電元件輸出信號相位差900。如圖6-2所示，A、B信號為具有900相位差的正弦波，經放大和整形變?yōu)榉讲ˋ1、B1。設A相比B相超前時為正方向旋轉，則B相超前A相就是負方向旋轉，利用A相與B相的相位關系可以判別旋轉方向。此外，在光電盤的里圈不透光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋，用以產生每轉一個的零位脈沖信號，它使軸旋轉一周在固定位置上產生一個脈沖。

第二節(jié)光電編碼器

電流AB節(jié)距ωt

A1B1900圖6-2脈沖編碼器輸出波形

第二節(jié)光電編碼器

在數(shù)控機床上，光電脈沖編碼器作為位置檢測裝置，用在數(shù)字比較伺服系統(tǒng)中，將位置檢測信號反饋給CNC裝置。

圖6-3所示為辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖。脈沖編碼器輸出的交變信號經過差分驅動和差分接收進入CNC裝置，再經過整形放大電路變成二個方波系列。將和它的反向信號微分（上升沿微分）后得到和脈沖系列，作為加、減計數(shù)脈沖。路方波信號被用作加、減計數(shù)脈沖的控制信號，正走時（A超前B），由Y2門輸出加計數(shù)脈沖，此時Y1門輸出為低電平（圖6-3）；反走時（B超前A），由Y1門輸出減計數(shù)脈沖，此時Y2門輸出為低電平。這種讀數(shù)方式每次反映的都是相對于上一次讀數(shù)的增量，而不能反映轉軸在空間的絕對位置，所以是增量讀數(shù)法。

第二節(jié)光電編碼器

光電脈沖編碼器用于數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)(圖6-4)的工作原理如下：光電脈沖編碼器與伺服電機的轉軸連接，隨著電機的轉動產生脈沖序列，其脈沖的頻率將隨著轉速的快慢而升降。若工作臺靜止，指令脈沖和反饋脈沖都為零，兩路脈沖送入數(shù)字脈沖比較器中進行比較，結果輸出也為零。因伺服電機的速度給定為零，工作臺依然不動。隨著指令脈沖的輸出，指令脈沖不為零，在工作臺尚未移動之前，反饋脈沖仍為零，比較器輸出指令信號與反饋信號的差值，經放大后，驅動電機帶動工作臺移動。電機運轉后，光電脈沖編碼器將輸出反饋脈沖送入比較器，與指令脈沖進行比較，如果偏差不為零，工作臺繼續(xù)移動，不斷反饋，直到偏差為零，即反饋脈沖數(shù)等于指令脈沖數(shù)時，工作臺停在指令規(guī)定的位置上。

第二節(jié)光電編碼器差分整形放大Y1微分差分整形放大Y21微分減計數(shù)加計數(shù)abcde圖6-3辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖

第二節(jié)光電編碼器圖6-3辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖

第二節(jié)光電編碼器圖6-4數(shù)字比較伺服系統(tǒng)

第二節(jié)光電編碼器二、絕對式編碼器絕對式編碼器是一種旋轉式檢測裝置，可直接把被測轉角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個角度位置均有其對應的測量代碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉動角度。絕對式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種，以接觸式四位絕對編碼器為例來說明其工作原理。

第二節(jié)光電編碼器圖6-5四位二進制編碼盤a)b)第二節(jié)月光電到編碼器如圖6-5a所示為壯二進制若碼盤。薦它在一含個不導戚電基體膚上作成許終多金屬哲區(qū)使其螞導電，傷其中有陵剖面線蠟部分為懸導電區(qū)澤，用“侮1”表示；其它姓部分為絕洞緣區(qū)，用醉“0”表底示。每一師徑向，由膨若干同心掩圓組成的圖案抗代表了報某一絕斑對計數(shù)婚值，通貢常，我揉們把組蒙成編碼宜的各圈歉稱為碼道，菌碼盤最沈里圈是求公用的壯，它和強各碼道斑所有導蔑電部分守連在一訊起，經電刷和剝電阻接電音源負極。尼在接觸式值碼盤的每施個碼道上浩都裝有電虛刷，電刷經偽電阻接乞到電源歡正極（禍圖6-5b）。當檢測對撓象帶動碼便盤一起轉動時，電帶刷和碼盤樓的相對位抱置發(fā)生變固化，與電閱刷串聯(lián)的俘電阻將會蓋出現(xiàn)有電流核通過或沒角有電流通質過兩種情缺況。若回夾路中的電顛阻上有電額流通過，勤為“1柔”；反地之，電胡刷接觸姐的是絕兩緣區(qū)，究電阻上挨無電流聾通過，幕為“0”懂。如果擁碼盤順犧時針轉斃動，就完可依次哄得到按替規(guī)定編習碼的數(shù)壯字信號傾輸出，圖示籠為4位二候進制碼盤穩(wěn)，根據(jù)電迷刷位置得饒到由“1比”和“0蹈”組成的衣二進制碼賠，輸出鍬為00奸00、躁000母1、0強010令……1宋111俘。第二節(jié)壘光電編碼況器由圖6-兄5可以看篩出，碼病道的圈鐵數(shù)就是拴二進制亂的位數(shù)簡，且高漸位在內鐘，低位括在外。品其分辨鳥角θ＝36雙0o/24=22.晶5o，若是n位二進反制碼盤彈，就有n圈碼道沖，分辨簽角θ＝360o/2n，碼盤位傭數(shù)越大噴，所能伍分辨的全角度越臨小，測抖量精度趕越高。負若要提北高分辨某力，就鵝必須增常多碼道發(fā)，即二沒進制位誰數(shù)增多伐。目前仿接觸式真碼盤一殿般可以候做到9似位二進深制，光濱電式碼柔盤可以鳥做到1貌8位二析進制。用二進制隙代碼做的認碼盤，如艇果電刷安肚裝不準，跡會使得個非別電刷錯錯位，而出物現(xiàn)很大的孝數(shù)值誤差朝。如圖6-5a，當電刷丈由位置只011蠟1向1桑000老過渡時蓄，可能孤會出現(xiàn)素從8（香100打0）到跨15（亭111合1）之亦間的讀拆數(shù)誤差淺，一般催稱這種方誤差為府非單值油性誤差訊。為消鹽除這種聰誤差，飛可采用妖葛萊碼符(格雷肉碼)盤將。第二節(jié)件光電購編碼器圖6-6a葛萊碼盤

b四位二進制碼盤非單值性誤差第二節(jié)熔光電編碼暈器圖6-6為葛萊遷碼盤，偉其各碼狀道的數(shù)秒碼不同賢時改變澤，任何獻兩個相虎鄰數(shù)碼聯(lián)間只有驗一位是高變化的砌，每次穩(wěn)只切換竟一位數(shù)屑，把誤棵差控制憲在最小政范圍內箏。二進爺制碼轉卡換成葛蛛萊碼的洲法則是伏：將二瞧進制碼耕右移一伙位并舍治去末位駁的數(shù)碼嬌，再與奸二進制史數(shù)碼作民不進位蜘加法，韻結果即霜為葛萊晶碼。例如:二彈進制碼1榴101對童應的葛萊另碼為10閘11，其濟演算過程放如下：1101更（二進渡制碼）110梳1（不代進位相竹加，舍棵去末位遷）101駕1（犬葛萊碼惡）第二節(jié)糕光電編碼蛙器碼盤分辨率與碼道的圈數(shù)n有關，即：

顯然，碼道的數(shù)目越多，分辨率也越高（可分辨的角度越小）。示例（P113例）編碼器在數(shù)控機床中的應用（自學P114）第三節(jié)蹈光柵一、光柵草的種類光柵種捉類較多慮。按用途然分為物而理光柵饒和計量岸光柵，物理光攪柵通常用釘于光譜分堅析和光波嚷波長測定回；根據(jù)光紅線在光徐柵中是繼透射還桿是反射解分為透傘射光柵卡和反射闊光柵，透射嘩光柵分鉛辨率較晚反射光覽柵高，親其檢測理精度可根達1μm以上；從形狀光上看，達又可分項為圓光演柵和直閘線光柵，圓光柵甚用于測量雹轉角位移昌，直線光奴柵用于檢勾測直線位峰移。兩者擾工作原理勾基本相似蓮。本節(jié)著重剪介紹一種文應用比較亞廣泛的透罷射式直線論光柵。直線光柵剝通常包括偷一長和一械短兩塊配返套使用，由其中長的蠻稱為標尺斬光柵或長沖光柵，一雕般固定在姐機床移動稻部件上，蓋要求與行怪程等長。搏短的為指吳示光柵或借短光柵，警裝在機床儉固定部件傍上。兩光茂柵尺是刻淋有均勻密凳集線紋的仰透明玻璃閣片，線紋殖密度為2滋5、50謎、100笑、250奪條/mm等。線紋袋之間距離藥相等，該聲間距稱為養(yǎng)柵距，測臥量時它們進相互平行腫放置，并哭保持0.冠05~0旗.1mm的間隙。第三節(jié)丈光柵二、工作原理

當指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一小角度放置時，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點附近的小區(qū)域內黑線重疊，形成黑色條紋，其它部分為明亮條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋具有如下特點：

1.放大作用用B（mm）表示莫爾(黑白)條紋的間距，W(mm)表示柵距，(rad)為光柵線紋之間的夾角，如圖6--7所示則有

莫爾條紋間距B與角成反比，越小，B及放大倍數(shù)越大。第三節(jié)制光柵BθW標尺光柵圖6-7莫爾條紋Wθ指示光柵第三節(jié)繞光柵圖6-7莫爾條紋B標尺光柵第三節(jié)戶光柵第三節(jié)拆光柵2.均化誤差良作用莫爾條陣紋是由以光柵的羊大量刻肚線共同慘組成，滲例如，絕200盞條/mm的光柵，珠10mm寬的光已柵就由分200弄0條線頂紋組成削，這樣偷柵距之室間的固演有相鄰稿誤差就敢被平均蟲化了，亦消除了掩柵距之銜間不均妹勻造成盜的誤差技。3.莫爾條紋柿的移動與撲柵距的移架動成比例當光柵尺段移動一個乞柵距W時，莫查爾條紋廟也剛好敬移動了舒一個條洞紋寬度B。只要通卸過光電篇元件測引出莫爾犬條紋的衰數(shù)目，糟就可知排道光柵綢移動了袖多少個付柵距，站工作臺枝移動的川距離可增以計算代出來。京若光柵包移動方嚴向相反眼，則莫監(jiān)爾條紋堅移動方繩向也相誼反（見圖6-7）。三、光柵涂的辨向與煉信號處理慨(應用)若標尺光以柵不動，噴將指示光弄柵轉一很拋小的角度謀，兩者移盟動方向及光有柵夾角關抓系如表6筍-1所示誤。因莫爾血條紋移動據(jù)方向與光冶柵移動方向鍵垂直，痛可用檢涼測垂直本方向寬顧大的莫餡爾條紋餓代替光融柵水平鍛方向移動的邪微小距擇離。表6-序1莫爾藍條紋移離動方向離與光柵角移動方渾向及光務柵夾角塊的關系第三節(jié)客光柵第三節(jié)期光柵圖6-8境光柵測良量系統(tǒng)1、光柵測量灰系統(tǒng)如圖6待-8所蠟示，由急光源、蒼聚光鏡催、光柵坦尺、光英電元件以和驅動墨線路組貞成。第三節(jié)雞光柵讀數(shù)頭膏光源采巖用普通香的燈泡帥，發(fā)出倡輻射光伍線，經過聚光病鏡后變?yōu)槿f平行光束跨，照射光抵柵尺。光勺電元件（常使貫用硅光儲電池）共接受透鉛過光柵消尺光強路信號，予并將其轉換成相郊應的電壓堂信號。由場于此信號運比較微弱巡壽，在長距離傳遞時戚，很容易獸被各種干頁擾信號淹衛(wèi)沒，造成償傳遞失真脊，驅動線剃路的作邀用就是凈將電壓視信號進盲行電壓殊和功率共放大。除標尺光國柵固定在曾機床上外幸，光源、勿聚光鏡、救指示光柵靠、光電元翼件和驅動農線路均裝鈔在一個殼縣體內，作濤成一個單毀獨部件與鐮工作臺一老起移動，賠這個部件渴稱為光柵劇讀數(shù)頭，儉又叫光電乓轉換器，迫其作用把山光柵莫爾喚條紋的光仁信號變成頂電信號。第三節(jié)然光柵2、光柵位堂移－數(shù)向字轉換簡系統(tǒng)當光柵移客動一個柵柄距，莫爾慨條紋便移累動一個條峽紋寬度，假醫(yī)定我們開住辟一個小怠窗口來觀炭察莫爾條手紋的變化情況，就數(shù)會發(fā)現(xiàn)它每在移動一辦個柵距期同間明暗變鴉化了一個周期，緊理論上傳光柵亮誕度變化蠟是一個臉三角波使形，但步由于漏光和不能惕達到最大歉亮度，被會削頂削底撥后而近似靈一個正弦波（見圖6-封9）。硅光遍電池將近兩似正弦波黃的光強信主號變?yōu)橥l率籃的電壓信奏號（見圖6-鼠10），經事光柵位疤移—數(shù)包字變換電路虧放大、整侍形、微分叔輸出脈沖飽。每產生淹一個脈沖有，就代表移死動了一個軌柵距那么矮大的位移招，通過對雕脈沖計數(shù)便可得到鈔工作臺的族移動距離籮。第三節(jié)六光柵亮度電壓光柵位移O光柵位移O圖6-9光柵的實際亮度變化圖6-10光柵的輸出波形圖第三節(jié)我光柵采用一個認光電元件均即只開一洪個窗口觀遞察，只能閘計數(shù)，卻踢無法判斷幣移動方向丹。因為無盈論莫爾條值紋上移或間下移，從億一固定位選置看其明勤暗變化是填相同的。侮為了確定向運動方向舟，至少要經放置兩個怕光電元件縱，兩者相竭距1/4再莫爾條紋故寬度。當器光柵移動賄時，莫爾洲條紋通過循兩個光電新元件的時造間不同，庸所以兩個晉光電元件剛所獲得的垂電信號雖失然波形相秋同，但相盞位相差9仙0o。根據(jù)兩最光電元睬件輸出亮信號的游超前和暑滯后，蝴可以確塵定標尺歐光柵移碰動方向秀。增加線紋旋密度，能嗓提高光柵邪檢測裝置營的精度，刷但制造較增困難，成具本高。在胳實際應用骨中，既要膜提高測量堪精度，同尾時又能達就到自動辨攤向的目的自，通常采捉用倍頻或會細分的方揮法來提高遼光柵的分柳辨精度，珠如果在莫名爾條紋的螺寬度內，催放置四個熱光電元件任，每隔1戲/4光柵批柵距產生牲一個脈沖卸，一個脈修沖代表移招動了1/胖4柵距那微么大位移三，分辨精卸度可提高悲四倍，這導就是四倍形頻方案。第三節(jié)協(xié)光柵圖6-1楚1a中的P1、P2、P3、P4是四塊硅減光電池，視產生的信號相位米彼此相差已90o。P1、P3信號是勒相位差瞇180o的兩個信私號，接差動放大罰器放大，澤得正弦信抹號。同理交，P2、P4信號送復另一個幻玉差動放大器，得竟到余弦信斯號。正弦雕和余弦信青號經整形銹變成方波A和B，為使每隔閘1/4墳節(jié)距都顏有脈沖己，把A、B各自反鬼向一次戰(zhàn)得C、D信號，A、B、C動、D信號再經近微分變成叉窄脈沖A′、B餃′、C′池、D′，即在正走或反崗走時每籃個方波伯的上升被沿產生穩(wěn)窄脈沖孕，由與務門電路徒把0o、90o、180o、270o四個位售置上產恨生的窄狀脈沖組曠合起來用，根據(jù)啞不同的襲移動方向形成正舒向或反向捐脈沖。正泰向運動時演，用與門Y1~Y4及或門H1，得到A′B+A蛋D′+C′D+B′C的四個輸蝕出脈沖；體反向運動植時，用與仙門Y5~Y8及或門H2，得到BC′+CD′+A′D+A豎B′的四個輸阻出脈沖，其波形見敘圖6-1澤1b。第三節(jié)狗光柵Y6微分微分微分整形P1P2P4P3

差動放大器

差動放大器整形反相反相Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y8微分

B

A

D

Ca)電路原理圖圖6-11四倍頻辨向電路第三節(jié)導光柵sincosAB

CDA′B′C′D′

正向相加A′B+AD′+C′D+B′C

反向相加BC′+CD′+A′D+AB′圖6-11四倍頻辨向電路

b)波形圖(正向疊加)

正反第三節(jié)青光柵若光柵低柵距0互.01mm,采用四烏倍頻辨甚向電路唯，則工河作臺每移替動0.升002肥5mm，就會送寒出一個顛脈沖，縱即分辨伴率為0.00頂25mm。由此可見左，光柵檢宰測系統(tǒng)的國分辨力不收僅取決于光柵窩尺的柵距陰，還取決陰于鑒向倍寶頻的倍數(shù)棋。除四倍頻以外，精還有十倍圾頻、二十慚倍頻(電定路)等。3、光柵的踢分辨率分辨率=W/n式中：W為柵距伴，n為電路鑒詞向細分的要倍數(shù)第三節(jié)降光柵四、光籍柵的特挺點1、檢測旋精度高；2、響應尺速度快；3、環(huán)置境要求藍高；4、安裝祝、維護較算難，成本涂較高。五、光柵悉的應用（P11挽9）第四節(jié)脅感應魚同步器一、結亮構與工宴作原理感應同息步器為電磁式瘡檢測裝置垂，屬模擬揮式測量，其輸出撫電壓隨被挖測直線位肅移或角位封移而改變交。感應同步株器按其結首構特點得一般分繳為直線式和功旋轉式兩陜種：直線式亞感應同旁步器由定尺身和滑尺覆組成，流用于直領線位移燥測量。旋轉式爆感應同擊步器由轉子和錫定子組成乳，用于角焰位移測量驚。本節(jié)以鑒直線式泉感應同驕步器為廉例,介掏紹其結構和工作原蜓理第四節(jié)突感應挨同步器直線感應營同步器其溜結構如圖烈6-12尖所示，定磨尺和滑尺心的基板采糊用與機床景熱膨脹系錯數(shù)相近的色鋼板制成禿，鋼板上猶用絕緣粘雪結劑貼有行銅箔，并券利用腐蝕飲的辦法做裝成圖示的饅印刷繞組咐。長尺叫蠟定尺，安葛裝在機床睡床身上，都短尺為滑浴尺，安裝態(tài)于移動部壞件上，兩匆者平行放伯置，保持憤0.25雕~0.0捏5mm間隙。感應同步盜器兩個單姐元繞組之黎間的距離掠為節(jié)距，枯滑尺和定紛尺的節(jié)距炊均為2洽，這訴是衡量感粥應同步器槽精度的主蠅要參數(shù)。劃標準感應悶同步器定辦尺長25困0mm，滑尺長零100mm，節(jié)距為粱2mm。定尺上是蘭單向、均軟勻、連續(xù)拜的感應繞肢組，滑尺冬有兩組繞牢組，一組途為正弦繞魚組，另一思為余弦繞遷組。當正私弦繞組與保定尺繞組的對齊時，堪余弦繞組率與定尺繞無組相差1磁/4節(jié)距幫。第四節(jié)覺感應同步覺器

V2定尺

滑尺

正弦繞組VsVc

余弦繞組

圖6-12直線感應同步器結構

2

3/4第四節(jié)駛感應甲同步器當滑尺過任意一恒繞組加粗交流激計磁電壓均時，由燙于電磁感應作鐵用，在姑定尺繞華組中必索然產生建感應電來壓，該域感應電用壓取決于滑尺和朵定尺的相已對位置。輝當只給滑閱尺上正弦呆繞組加勵扎磁電壓時扶，定尺感應存電壓與定翁、滑尺的認相對位置本關系如圖6-測13所示.遵如果滑獨尺處于A位置，即牌滑尺繞組民與定尺繞廟組完全對先應重合，坡定尺繞組圓線圈中穿入童的磁通失最多，破則定尺份上的感匙應電壓丸最大。購隨著滑射尺相對肺定尺做平行襖移動，穿怨入定尺的蓄磁通逐漸愁減少，感讓應電壓逐旨漸減小。當滑尺移素到圖中B點位置而，與定暢尺繞組堵剛好錯撞開1/侵4節(jié)距棗時，感盒應電壓為零載。再移動像至1/2昂節(jié)距處，肝即圖中C點位置罵時，定退尺線圈貴中穿出的磁吧通最多，師感應電壓藏最大，但蛙極性相反劃。再移至時3/4節(jié)莫距，即圖中D點位置時硬，感應電埋壓又變?yōu)橄鹆?，當移靜動一個節(jié)懇距位置如旁圖中E點，又恢累復到初始君狀態(tài)，與A點相同杠。第四節(jié)教感應疼同步器顯然，藍在定尺艦移動一水個節(jié)距燙的過程述中，感勤應電壓近似于余低弦函數(shù)變譽化了一個棋周期，如扮圖6-1桿3中ABCD化E。圖6-曉13態(tài)感應電表壓幅值賄與定尺庫滑尺相劣對位置限關系第四節(jié)玩感應同步用器感應電壓素的幅值變墳化規(guī)律就望是一個周壯期性的余別弦曲線。銷在一個周期臟內，感然應電壓益的某一錫幅值對嚼應兩個傻位移點汪，如圖甩6-1趟3中M、N兩點。為確定唉唯一位蜘移，在灰滑尺上俱與正弦潛繞組錯笛開1/次4節(jié)距項處，配置了余弦吐繞組。同凍樣，若在狠滑尺的余進弦繞組中夜通以交流輕勵磁電壓紋，也能得出棍定尺繞組婦感應電壓介與兩尺相摩對位移的唇關系曲線位，它們之間為正淺弦函數(shù)撐關系(樸圖6-污13中OP)趕。若滑尺瞇上的正賄、余弦冰繞組同特時勵磁，濾就可以獲分辨出范感應電瞧壓值所室對應的尾唯一確探定的位疲移。第四節(jié)比感應同步評器二、感應同步器的應用感應同步器作為位置測量裝置安裝在數(shù)控機床上，它也有兩種工作方式：鑒相式和鑒幅式。

1.鑒相型系統(tǒng)供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、幅值相同，相位相差900的交流勵磁電壓

根據(jù)疊加原理，定尺上的總感應電壓為

第四節(jié)棚感應損同步器式中K—耦合系數(shù)(比例常數(shù))；

—勵磁電壓的幅值；

ω—勵磁電壓的角頻率；

—與位移對應的角度。若設定尺繞組節(jié)距為2，它對應的感應電壓以正弦函數(shù)變化了，當滑尺移動距離為時，則對應感應電壓以正弦函數(shù)變化相位角。由比例關系

可得

第四節(jié)木感應滲同步器通過鑒膚別定尺擊感應輸費出電壓仇的相位啦，即可父測量定型尺和滑尺之間閉的相對位散移。例如夸定尺感應兄輸出電壓但與滑尺勵溝磁電壓之間的窮相位差疏為3.抓60，當節(jié)鋸距=2mm的情況下鳴，表明滑六尺移動了0.0勇2mm。鑒相式伺琴服系統(tǒng)利用相漏位比較尾原理進贊行工作掃,如圖6-1懂4?；鶞市盘枱┌l(fā)生器輸禁出一系列較一定頻率釀的基準脈左沖信號（公載波信號祖），為伺角服系統(tǒng)提瓜供一個相扛位比較基改準。脈沖調腔相器的喜作用是吩將來自弓數(shù)控裝悔置的進逆給脈沖夾信號轉謹換為相削位變化說的信號，圖6-1準5為其原仗理組成框摸圖。在脈方沖調相器披中，由基孔準信號發(fā)組生器產生他的基準脈本沖信號分孕成兩路，泳一路直接柴輸入分頻汪器1，它炸為1/N分頻的二仙進制計數(shù)愁器，稱為畝基準分頻奴通道。指令相位第四節(jié)做感應乞同步器基準相位放大整形濾波基準信號發(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VsVc+x-x圖6-14感應同步器鑒相測量系統(tǒng)框圖θ0θ1第四節(jié)脹感應都同步器

分配器1（1/N）（基準分頻通道）

分配器2（1/N）（調相分頻通道）脈沖加減器基準信號發(fā)生器勵磁信號

指令信號+x-x圖6-15脈沖調相器系統(tǒng)框圖第四節(jié)非感應消同步器為適應對感應同概步器滑載尺的兩走勵磁繞輔組供電怨的要求承，該通道勢輸出兩貨路幅值樸相等、蘆頻率相椒同、相錘位相差見900的脈沖信們號，經激磁供釘電線路變掏成正、余攪弦信號給?；哒液?、余弦繞陽組勵磁。另一路爸先經過緣瑞脈沖加熊減器，逗再進入漂分頻器薄2，該鑒分頻器付也為1啦/N分頻二進伏制計數(shù)脂器，稱綱為調相策分頻通用道。調任相分頻貢通道的飾任務是雜將指令脈沖固信號調制增成與基準娃脈沖有一諷定關系的屆輸出脈沖樂信號，其相位差跳大小和母極性與步指令脈稼沖有關敗。上述利兩個分濁頻器均室為1/N分頻，即當浴輸入N個計數(shù)而脈沖后返產生一見個溢出怪脈沖。當指令脈代沖為零時毅，調相分雅頻通道輸赤出信號和脹基準脈沖跪信號相位相滴同，兩通者相位臥差為零泄。第四節(jié)愛感應迷同步器當有一正扭向指令脈糞沖通過脈鎮(zhèn)沖加減器獻，使得輸共入到調相分頻通等道的脈峰沖個數(shù)爆增加一圣個，結吧果該分囑頻器產默生溢出骨脈沖的而時刻提前雀產生。憐因此，甩在指令罰脈沖作求用下，巖調相分爭頻通道艇輸出脈虜沖與基準脈遲沖有一個軋相位差Δθ1，且Δθ1＝θ1－θ0，θ0為基準信號發(fā)生嬌器的基準天相位；θ1為指令棕信號相抽位；θ1的大小栽取決于指令脈沖廟數(shù)，其隨缺時間變化辭的快慢取鉤決于指令筑脈沖頻率縫，而其相對于θ0的超前與皮滯后，則根取決于指買令脈沖進紅給方向。如果感應浴同步器的喇節(jié)距為2mm，脈沖當量殿選定為δ=0啄.00貢1mm末，一個脈扭沖對應仇的相移葵角Δθ1為:第四節(jié)緞感應同步擠器數(shù)控裝團置每發(fā)寨一個進梨給脈沖俘，經脈揚沖調相穿器變?yōu)楣┏盎鶞市磐尢栆粋€厘0.1臺80相移角叉的信號松，即Δθ1=θ1-θ0=0.晨180。此時因工釘作臺未動跑，反饋信說號相對于叨基準信號座的相位差Δθ2=θ2-θ0=0（θ2為定尺蠶繞組上票作為反練饋信號摩所取的牢感應電醫(yī)壓U2的相位闊）。鑒相器將δ＝Δθ1－Δθ2=0.奪180的相位轉差檢測落出來，域經放大后控制避伺服電鉗動機帶芒動工作扶臺移動適。隨著錄工作臺怒的移動烘，θ2逐漸增大抓，相位每差δ逐漸減笛少，直象至δ＝0。第四節(jié)鋒感應解同步器

2.鑒幅式系統(tǒng)

供給滑尺上正、余弦繞組的勵磁電壓的頻率相同、相位相同但幅值不同。

式中—給定的電氣角。則在定尺繞組產生的總感應電壓為

式中—與位移對應的角度第四節(jié)悟感應同步接器鑒幅式珍伺服系究統(tǒng)是以銳位置檢偷測信號驕的幅值蹤蝶大小來脆反映機械位移卷的數(shù)值貨，并以潤此作為霧位置反信饋信號虛與指令句信號進魄行比較構成秤閉環(huán)伺軍服系統(tǒng)歡。由上式肌可知，吩若電氣漸角α已知，房誠只要測希出V2的幅值減，便能求出與犧位移對控應的角蘭度θ。實際