(數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì))第3章數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置課件

●基本要求：

1）掌握數(shù)控系統(tǒng)中速度檢測(cè)裝置原理及應(yīng)用。

2）掌握數(shù)控系統(tǒng)中位置檢測(cè)裝置原理及應(yīng)用。

3）了解數(shù)控系統(tǒng)中電流檢測(cè)元件及應(yīng)用。

●重點(diǎn):

1）光電脈沖編碼器檢測(cè)邏輯電路原理及波形圖。

2）光柵尺檢測(cè)邏輯電路原理及波形圖。

●難點(diǎn):

對(duì)于帶有方向端計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器時(shí)，檢測(cè)電路構(gòu)成的區(qū)別。第3章數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置

本章的地位數(shù)控機(jī)床位置自動(dòng)控制中的位置反饋環(huán)節(jié)數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入速度檢測(cè)速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測(cè)數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)輸入速度檢測(cè)速度反饋位置反饋直線光柵尺旋轉(zhuǎn)編碼器位移轉(zhuǎn)角主要內(nèi)容3.1概述3.2旋轉(zhuǎn)變壓器3.3感應(yīng)同步器3.4磁柵3.5光柵3.6編碼器3.7激光干涉儀要掌握什么，有什么好處跟普通的測(cè)量?jī)x器有什么不同心目中的傳感器應(yīng)該具有什么特征3.1概述發(fā)電數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求1）受溫、濕度影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；2）在機(jī)床移動(dòng)范圍內(nèi)滿足精度和速度要求；3）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；4）成本低；5）易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量。

1)要檢測(cè)的位移反映在位置檢測(cè)元件的什么部分?

2)如何將位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)的檢測(cè)量?

3)用電的檢測(cè)信號(hào)的什么量(脈沖幅值相位頻率)來(lái)標(biāo)定位移量的大小?位置檢測(cè)裝置工作原理的分析要點(diǎn)

§3.2感應(yīng)同步器一、感應(yīng)同步器的工作原理和分類(lèi)它是利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，借以進(jìn)行位置檢測(cè)和反饋控制的，屬模擬式測(cè)量。根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：直線式、旋轉(zhuǎn)式兩類(lèi)。直線式：定尺、滑尺，測(cè)直線位移，用于閉環(huán)伺服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)式：定子、轉(zhuǎn)子，測(cè)角位移，用于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)“節(jié)距”是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)250mm，滑尺長(zhǎng)100mm，節(jié)距為2mm。定尺安裝在機(jī)床的不動(dòng)部件上；滑尺安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上。安裝防護(hù)罩：防止切屑和油污浸入必須保持定尺和滑尺平行、兩平面的間隙約為0．25±0．05mm，其它安裝要求視具體的產(chǎn)品說(shuō)明而定。保證定尺和滑尺在全部工作長(zhǎng)度上正常耦合，減少測(cè)量誤差。感應(yīng)同步器的安裝定尺圖3-2滑尺在不同位置的感應(yīng)電壓bacde移動(dòng)距離感應(yīng)電壓滑尺位置定尺感應(yīng)電壓滑尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，感應(yīng)電壓變化一個(gè)周期。

2.感應(yīng)同步器的工作原理工作時(shí)，滑尺繞組上通交流電，將在定尺的回路上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)的幅值和相位隨工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而變化，據(jù)此來(lái)測(cè)量工作臺(tái)的位移。

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2π，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。工作方式：

相位工作方式（鑒相型系統(tǒng)）

幅值工作方式（鑒幅型系統(tǒng)）

●相位工作方式：

供給滑尺的激磁信號(hào)為頻率、幅值相同，相位角相差90°的交流電壓。

●幅值工作方式：

給滑尺繞組通入相位相同、頻率相同，但幅值不同的勵(lì)磁電壓。二、鑒相系統(tǒng)的工作原理

鑒相系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位來(lái)測(cè)量位移的。定尺滑尺正弦勵(lì)磁繞組A余弦勵(lì)磁繞組B2

圖3-3直線感應(yīng)同步器UCUSUd給滑尺的正弦繞組A和余弦繞組B分別施加幅值Um相同，頻率ω相同，相位差900的交流電壓，即開(kāi)始時(shí)，正弦激勵(lì)繞組與定尺繞組重合，此時(shí)滑尺繞組相對(duì)于定尺繞組的空間相位角=0。當(dāng)滑尺移動(dòng)時(shí)，兩繞組不再重合，此時(shí)在定尺上的感應(yīng)電壓U'd為：同理，余弦激勵(lì)繞組作用，定尺上的感應(yīng)電壓U"d為：式中：k—電磁偶合系數(shù)。

若感應(yīng)同步器的節(jié)距為2，則滑尺移動(dòng)的距離X與的關(guān)系式為：

由于感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，根據(jù)疊加原理，定尺上的感應(yīng)總電壓為：代入上式得：三、鑒幅型系統(tǒng)的工作原理在這種系統(tǒng)中，供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號(hào)是頻率和相位相同而幅值不同的交流電壓，即它是通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)電壓的幅值來(lái)測(cè)量的。其中Usm、Ucm幅值分別為式中：1—給定電氣角。在正弦繞組單獨(dú)作用下，定尺上的感應(yīng)電壓U'd為：在余弦繞組單獨(dú)作用下，定尺上的感應(yīng)電壓U"d為：在正、余弦繞組共同作用下，定尺上的感應(yīng)電壓Ud為：由上式知，定尺上感應(yīng)電壓的幅值隨指令給定的位移X1(1)與工作臺(tái)實(shí)際位移量X()的差值按正弦規(guī)律變化。四、感應(yīng)同步器的特點(diǎn)與應(yīng)用（一）特點(diǎn)

1.精度高它直接對(duì)機(jī)床的位移進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果只受本身精度的限制，直線精度一般為0.002mm/250mm。

2.對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)利用電磁感應(yīng)原理，不怕油污和灰塵污染，不易受到干擾。

3.使用壽命長(zhǎng)，安裝維修簡(jiǎn)單。

4.可用于長(zhǎng)距離位移測(cè)量，適合于大中型機(jī)床使用。5.工藝性好，成本低。（二）應(yīng)用感應(yīng)同步器有鑒相和鑒幅兩種工作方式?；鶞?zhǔn)信號(hào)鑒相器數(shù)控裝置脈沖相位變換激磁供電線路直流放大器伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)放大器反饋信號(hào)感應(yīng)同步器機(jī)床±xsintuT±2U2UsUc圖3-4鑒相系統(tǒng)測(cè)量的原理圖指令信號(hào)參考信號(hào)誤差信號(hào)相位角1由數(shù)控裝置發(fā)出。1.鑒相測(cè)量系統(tǒng)數(shù)控裝置數(shù)模轉(zhuǎn)換器相位補(bǔ)償相敏放大伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)感應(yīng)同步器機(jī)床±xU2UsUc圖3-5鑒幅系統(tǒng)測(cè)量的原理圖檢波放大余弦正弦振蕩器控制工作臺(tái)的移動(dòng)方向標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)控制移動(dòng)位移2.鑒幅測(cè)量系統(tǒng)§3.3

旋轉(zhuǎn)變壓器一、基本概念圖3-6旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理圖定子U1φ1φ2U2φ2U2φ2U2轉(zhuǎn)子φ2U2二、工作原理U1=UmsinωtU2=kU1sinθ=kUmsinωtsinθ式中：k—電磁耦合系數(shù)；U1—定子的激勵(lì)電壓；U2—轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電壓；Um—定子的最大瞬時(shí)電壓。φ2U2定子轉(zhuǎn)子U1圖3-7旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)原理圖該種旋轉(zhuǎn)變壓器，在轉(zhuǎn)子繞組連接負(fù)載后，所通過(guò)的電流產(chǎn)生的交變磁通將使定子和轉(zhuǎn)子將氣隙中的合成磁通畸變，影響測(cè)試精度。為此采用正弦、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個(gè)扎數(shù)相等，且相互垂直的繞組構(gòu)成。如圖3-8所示，一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補(bǔ)償，另一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組作為輸出。U1U3U2轉(zhuǎn)子定子12R2cos1sin圖3-8正余、弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖三、應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)裝置，有鑒相式和鑒幅式兩種典型工作方式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來(lái)檢測(cè)位移量。1.鑒相工作方式給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差900的交流勵(lì)磁電壓，即這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，如圖3-8所示，根據(jù)線性疊加原理，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓應(yīng)為這兩個(gè)電壓的代數(shù)和：假如，轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得由上述分析可知，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(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。

2.鑒幅工作方式給定子的兩個(gè)繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別為U1m和U2m的交流激磁電壓，則有當(dāng)給定電氣角為時(shí)，交流激磁電壓幅值為別為當(dāng)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為同理，如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得

由上述分析計(jì)算可知，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化，測(cè)量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。如果將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠上，當(dāng)角從00到3600時(shí)，絲杠上的螺母帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)導(dǎo)程，間接測(cè)量了執(zhí)行部件的直線位移。測(cè)量所走過(guò)的行程時(shí)，可加一個(gè)計(jì)數(shù)器，累計(jì)所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，折算成位移總長(zhǎng)度?！?.4

磁尺位置檢測(cè)裝置

磁尺又叫磁柵,是一種采用計(jì)算磁波數(shù)目來(lái)測(cè)量位置的元件。其優(yōu)點(diǎn)是精度高，復(fù)制簡(jiǎn)單，安裝方便等。在油污、粉塵較多的場(chǎng)合使用有較好的穩(wěn)定性。一、組成和原理

該裝置由磁性尺、讀取磁頭和檢測(cè)電路組成。圖3-21磁尺位置檢測(cè)的框圖將磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)記錄磁頭轉(zhuǎn)化的一定節(jié)距的磁化信號(hào)

磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料上用涂敷、化學(xué)沉積或電鍍上一層10~20μm厚的硬磁材料，并在他們表面上錄制相等節(jié)距周期變化的磁信號(hào)，有平面實(shí)體型磁尺、帶狀磁尺、線狀磁尺、圓型磁尺。二、磁性標(biāo)尺框架磁頭帶狀磁尺磁尺磁頭磁頭磁盤(pán)/4(a)帶狀磁尺(b)線狀磁尺(c)圓型磁尺圖3-23常用的磁尺三、磁頭

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)。圖3-24磁頭的結(jié)構(gòu)原理圖磁性膜輸出信號(hào)U拾磁繞組激磁繞組激磁電源磁頭鐵芯基體磁尺0XU—拾磁線圈的感應(yīng)電壓；U0—感應(yīng)電壓系數(shù)；—磁尺變化信號(hào)節(jié)距；x—磁頭相對(duì)磁尺的位移；

—激磁電流的角頻率。為了辨別磁頭在磁標(biāo)尺上的移動(dòng)方向，常采用兩組磁頭。A磁頭B磁頭圖3-25雙磁頭測(cè)量的原理圖i1i2U2U1磁尺使用單個(gè)磁頭的輸出信號(hào)很小，實(shí)際使用中，將幾十個(gè)磁頭都以相同的間距λm/2配置，相鄰兩磁頭的輸出繞組反向串接。因此輸出信號(hào)為各磁頭輸出的疊加。多間隙磁頭具有高精度、高分辨率、輸出電壓大等優(yōu)點(diǎn)。磁尺磁頭U(a)(b)輸出電壓Un=3m/2Om/2圖3-26多間隙磁頭測(cè)量的原理圖

四、磁柵測(cè)量電路的工作方式磁尺檢測(cè)是模擬測(cè)量，必須和檢測(cè)電路配合才能檢測(cè)，檢測(cè)方法有鑒相式和鑒幅式兩種。1.鑒相式測(cè)量檢測(cè)電路振蕩器2MC分頻器400低通濾波器功放功放90o移向器限幅放大整形可逆計(jì)數(shù)器檢相內(nèi)插電路求和電路帶通濾波器SSNNSSSSSSNNNN磁頭1磁頭2圖3-27鑒相檢測(cè)電路U1U2(m+1)兩磁頭通以等頻、等幅但相位相差90o的激磁電流兩磁頭的輸出電壓U1、U2為：

由上式可知，根據(jù)輸出電壓的相位變化，可以測(cè)量出磁尺的位移量。采用雙磁頭可以識(shí)別磁尺的運(yùn)動(dòng)方向。2.鑒幅式測(cè)量檢測(cè)電路

鑒幅式測(cè)量檢測(cè)電路與鑒相式檢測(cè)電路一樣，對(duì)兩組磁頭的激磁繞組通以同頻率、同相位的激磁電流，則兩組磁頭繞組輸出的感應(yīng)電壓為：

用檢波器將其中的高頻載波sint濾掉，可得到相位相差/2的兩個(gè)交流信號(hào)，即對(duì)U'1和U'2進(jìn)行放大、整形，轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，該方波信號(hào)與被測(cè)位移有確定的關(guān)系。磁尺應(yīng)用各種測(cè)量機(jī)，如激光三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x精密機(jī)床數(shù)控機(jī)床磁柵特點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單，錄磁去磁方便，可直接在機(jī)床上錄制磁尺，不需安裝、調(diào)整，避免了安裝誤差?！?.5

脈沖編碼器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，是數(shù)控機(jī)床上使用很廣泛的位置檢測(cè)裝置。脈沖編碼器可分為增量式與絕對(duì)式兩類(lèi)。圖3-9脈沖編碼器的照片一、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(yīng)式三種。就精度和可靠性來(lái)講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種，它的型號(hào)是用脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）來(lái)區(qū)分，數(shù)控機(jī)床常用2000、2500、3000p/r等，現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā)10萬(wàn)個(gè)脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于角度檢測(cè)外，還可以用于速度檢測(cè)。1.基本概念.增量脈沖編碼器

結(jié)構(gòu)及工作原理abz碼盤(pán)基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距τm+τ/4光源信號(hào)處理裝置

光電盤(pán)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。指示光柵也用玻璃材料研磨拋光制成，上刻有相差1/4節(jié)距的兩個(gè)窄縫，每一條后面安裝有一只光電元件。

光電碼盤(pán)隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過(guò)光電碼盤(pán)和光欄板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路：的取反信號(hào)。AB90°Z……碼盤(pán)轉(zhuǎn)一圈其中，是

?輸出信號(hào)的作用及其處理

A、B兩相的作用√根據(jù)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?！毯罄m(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

Z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)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。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)一圈增量式碼盤(pán)的規(guī)格及分辨率規(guī)格增量式碼盤(pán)的規(guī)格是指碼盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)

到10萬(wàn)線

/轉(zhuǎn)

都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設(shè)增量式碼盤(pán)的規(guī)格為n線/轉(zhuǎn)：光電式脈沖編碼器通常與電機(jī)做在一起，或者安裝在電機(jī)非軸伸端，電動(dòng)機(jī)可直接與滾珠絲杠相連，或通過(guò)減速比為i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離可用下式計(jì)算：式中—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；

S—滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）；

i—減速齒輪的減速比；

M—脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（p/r）。增量式光電編碼器的工作原理圖如圖3-9所示。絕對(duì)式編碼器可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)，且每一個(gè)角度位置均有其對(duì)應(yīng)的測(cè)量代碼，它能表示絕對(duì)位置，沒(méi)有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。絕對(duì)式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種，以光電式四位絕對(duì)編碼器為例來(lái)說(shuō)明其工作原理。

二、絕對(duì)式脈沖編碼器

1.二進(jìn)制碼盤(pán)

白的部分代表0，黑的部分代表1，里環(huán)是高位，外環(huán)是低位，按二進(jìn)制8421BCD規(guī)則編碼。圖3-11二進(jìn)制編碼盤(pán)23222120000000010010001101000101011001111000111111101101110010111010100123222120圖3-12二進(jìn)制編碼盤(pán)工作原理圖當(dāng)檢測(cè)對(duì)象帶動(dòng)碼盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電元件和碼盤(pán)的相對(duì)位置發(fā)生變化，從內(nèi)到外四個(gè)感光元件將會(huì)出現(xiàn)有光照或無(wú)光照兩種情況。有光照時(shí)該感光元件設(shè)為“0”；反之，為“1”。如果碼盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號(hào)輸出為：0000、0001、0010……1111。反之，為：1111、1110、1101……0000。由上述分析可知，四位二進(jìn)制編碼盤(pán)的分辨角θ＝360o/24=25.5o，若是n位二進(jìn)制碼盤(pán)，就有n圈碼道，分辨角θ＝360o/2n，碼盤(pán)位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測(cè)量精度越高。若要提高分辨力，就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)增多。目前接觸式碼盤(pán)一般可以做到9位二進(jìn)制，光電式碼盤(pán)可以做到18位二進(jìn)制。用二進(jìn)制代碼做的碼盤(pán)，如果電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位，而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。一般稱(chēng)這種誤差為非單值性誤差。為消除這種誤差，可采用葛萊碼盤(pán)。2葛萊編碼盤(pán)葛萊編碼盤(pán)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-13所示。白的部分代表0，黑的部分代表1，里環(huán)是高位，外環(huán)是低位。不按8421BCD規(guī)則編碼。圖案的切換只用一位數(shù)（二進(jìn)制），所以能把讀誤控制在一個(gè)單位之內(nèi)，可靠性高。圖3-13葛萊編碼盤(pán)0000000100110010011010001001101110101110111111011100010001010111103267589111014151312423222120輸出二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是：將二進(jìn)制碼右移一位并舍去末位的數(shù)碼，再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法，結(jié)果即為葛萊碼。例如，二進(jìn)制碼1101（13）對(duì)應(yīng)的葛萊碼為1011（11），其演算過(guò)程如下：

1101（二進(jìn)制碼）

1101（不進(jìn)位相加，舍去末位）

1011（葛萊碼）

三、編碼盤(pán)的特點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)，編碼盤(pán)可分為接觸式、電磁式和光電式。

1.接觸式編碼盤(pán)如要求位數(shù)更多的話，可用兩個(gè)編碼盤(pán)構(gòu)成組合碼盤(pán)，如用兩個(gè)6位編碼盤(pán)組合起來(lái)，一個(gè)做粗測(cè)，一個(gè)做精測(cè)，精盤(pán)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，粗盤(pán)最低位剛好移過(guò)一個(gè)，這樣就相當(dāng)于得到了與12位相當(dāng)?shù)拇a盤(pán)。導(dǎo)電體絕緣體軸電刷圖3-14接觸式編碼盤(pán)

優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，輸出信號(hào)強(qiáng)，不需放大。

缺點(diǎn)是存在電刷的磨損問(wèn)題，故壽命短，轉(zhuǎn)速不能太高，而且精度受到最高位分段寬度的限制。

2.光電編碼盤(pán)

其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)接觸磨損，壽命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，精度高。缺點(diǎn)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。

3.電磁編碼盤(pán)

其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，允許的轉(zhuǎn)速高，精度可達(dá)到很高。用光電脈沖編碼器測(cè)某軸轉(zhuǎn)速,2min測(cè)得17800個(gè)脈沖,已知編碼器每轉(zhuǎn)950個(gè)脈沖,則軸的轉(zhuǎn)速是多少?

利用編碼器測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過(guò)伺服控制系統(tǒng)控制其各種運(yùn)行參數(shù)。脈沖編碼器——在伺服電機(jī)中的應(yīng)用二、脈沖編碼器——刀庫(kù)選刀控制中的應(yīng)用角編碼器的輸出為當(dāng)前刀具號(hào)

§3.6光柵檢測(cè)裝置光柵是利用光的透射、干涉現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)元件，可以測(cè)量長(zhǎng)度、角度、速度、加速度、振動(dòng)和爬行等。一、光柵的結(jié)構(gòu)光柵可分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測(cè)精度可達(dá)1μm以上。從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。反射光柵是采用不銹鋼帶經(jīng)照相腐蝕或直接刻線制成。透射光柵是采用經(jīng)磨制的光學(xué)玻璃或在玻璃表面感光材料的涂層上刻成光柵條紋而成。圖3-13直線光柵的照片圖3-14光柵構(gòu)成的原理圖柵距(P)國(guó)內(nèi)機(jī)床上一般采用100、200線/mm

直線光柵通常由長(zhǎng)、短兩塊配套使用，長(zhǎng)的稱(chēng)為標(biāo)尺光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長(zhǎng)。短的為指示光柵，裝在機(jī)床固定部件上。測(cè)量時(shí)它們相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的間隙。光源聚光鏡標(biāo)尺光柵(裝在移動(dòng)部件上)指示光柵(裝在固定部件上)光電元件(把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào))P1P2P3P4圖3-15光柵檢測(cè)裝置的原理圖二、工作原理光柵測(cè)量時(shí),標(biāo)尺和指示兩光柵保持0.05~0.1mm的間隙，并使刻線相互傾斜一個(gè)小角度θ，由于光的衍射作用，就會(huì)產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，稱(chēng)為莫爾條紋。當(dāng)兩光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋也移動(dòng)，但兩者的移動(dòng)方向垂直。光柵移動(dòng)一柵距P時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)節(jié)距W。因此通過(guò)測(cè)定莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)目，可以測(cè)出光柵移動(dòng)的距離。PWPW圖3-16莫爾條紋指示光柵標(biāo)尺光柵Pd莫爾條紋標(biāo)尺光柵指示光柵光柵節(jié)距摩爾條紋節(jié)距

作用：放大作用誤差均化作用測(cè)量位移θW光柵傾角莫爾條紋的特點(diǎn)：

1.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，則有

若光柵節(jié)距P取0.01mm，刻線傾角θ=0.001rad

時(shí)，則莫爾條紋的寬度W=10mm，其放大倍數(shù)為1000，可見(jiàn)莫爾條紋有放大作用。

2.

均化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。

3.莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例

當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋寬度W。只要通過(guò)光電元件測(cè)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(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來(lái)。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。

三、光柵測(cè)量裝置的位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)P1

P2

P3

P4

指示光柵

標(biāo)尺光柵硅光電池

聚光鏡

光源

圖3-17光柵測(cè)量系統(tǒng)

P1、P2、P3、P4產(chǎn)生的信號(hào)相位彼此相差90o。P1、P3信號(hào)是相位差180o的兩個(gè)信號(hào)，接差動(dòng)放大器放大，得正弦信號(hào)。同理，P2、P4信號(hào)送另一個(gè)差動(dòng)放大器，得到余弦信號(hào)。Y6微分微分微分整形P1P2P4P3

差動(dòng)放大器

差動(dòng)放大器整形反相反相Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y8微分

B方波

A方波

D

C正弦信號(hào)余弦信號(hào)B′A′C′D′圖3-18四倍頻辨向電路正向脈沖反向脈沖為使每隔1/4節(jié)距都有脈沖，把A、B各自反向一次得C、D信號(hào)正向：A'B+AD'+C'D+B'C反向：BC'+CD'+A'D+AB'正弦余弦ABCD正向A′B′C′D′圖3-19正向波形圖

A、B、C、D信號(hào)經(jīng)微分變成窄脈沖A′、B′、C′、D′正弦和余弦信號(hào)經(jīng)整形變成方波A和B在正走或反走時(shí)每個(gè)方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖，由與門(mén)電路把0o、90o、180o、270o四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來(lái)，根據(jù)不同的移動(dòng)方向形成正向或反向脈沖。正向：A'B+AD'+C'D+B'C反向移動(dòng)時(shí)，微分波形為下降沿觸發(fā)。反向：A'D+AB'

+BC'+CD'正弦余弦ABCD反向A′B′C′D′圖3-20反向波形圖

二、光柵檢測(cè)的特點(diǎn)（1）由于光柵的刻線可制作十分精確，同時(shí)莫爾條紋對(duì)刻線局部誤差有均化作用，因此柵距誤差對(duì)測(cè)量精度誤差影響較?。灰部刹捎帽额l的方法來(lái)提高分辨精度，所以測(cè)量精度高。（2）在檢測(cè)過(guò)程中，標(biāo)尺光柵和指示光柵不直接接觸，沒(méi)有磨損，因而精度保持性好。（3）光柵刻線要求很精確，兩光柵之間的間隙及傾角都要求保持不變，故制造調(diào)試比較困難，對(duì)工作環(huán)境要求高。光柵尺按ESC退出鑒向倍頻電路作用:辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨力莫爾條紋原一個(gè)周期出1個(gè)脈沖信號(hào)，而4倍頻后0°、90°、180°、270°都有脈沖輸出，一個(gè)周期內(nèi)送出4個(gè)脈沖。分辨力提高4倍。分辨率取決于光柵柵距d和鑒向倍頻的倍數(shù)n，即：分辨率＝d/n。例：光柵線紋密度50條/mm（柵距20μm），經(jīng)4倍頻處理后，線紋密度提高到200條/mm，工作臺(tái)每移動(dòng)5μm送出一個(gè)脈沖，即分辨力為5μm，提高4倍。用光柵測(cè)量位移,光柵發(fā)出22500脈沖,測(cè)得距離為112.5mm,光柵的分辨率是多少?激光的特點(diǎn)高度相干性方向性好高度單色性亮度高由于激光有以上特性，因而廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離，高精度的位置檢測(cè)。激光干涉法測(cè)距原理激光干涉儀是利用光波干涉原理，以激光波長(zhǎng)作為測(cè)量基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量機(jī)床部件的位移量，測(cè)量的精度可達(dá)0.1μm。激光干涉儀利用干涉原理使激光束產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，由光電轉(zhuǎn)換元件接受并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理后由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的測(cè)量。激光干涉儀測(cè)距的分辨率至少為半波長(zhǎng)，利用電子細(xì)分技術(shù)還可測(cè)定0.01個(gè)光干涉條紋，因此，其精度極高激光干涉儀的組成激光管穩(wěn)頻器光學(xué)干涉部分光電接受元件計(jì)數(shù)器數(shù)字顯示器目前應(yīng)用較多的是單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀單頻激光干涉儀單頻激光干涉儀的缺點(diǎn)它的一個(gè)根本弱點(diǎn)就是受環(huán)境影響嚴(yán)重，在測(cè)試環(huán)境惡劣，測(cè)量距離較長(zhǎng)時(shí)，這一缺點(diǎn)十分突出。其原因在于它是一種直流測(cè)量系統(tǒng)，必然具有直流光平和電平零漂的弊端。激光干涉儀可動(dòng)反光鏡移動(dòng)時(shí)，光電接收器會(huì)