第六章 數(shù)控機床檢測裝置

1、第六章第六章 數(shù)控機床的檢測裝置數(shù)控機床的檢測裝置v6.1 概述概述v6.2 旋轉變壓器旋轉變壓器v6.3 感應同步器感應同步器v6.4 脈沖編碼器脈沖編碼器v6.5 光柵測量裝置光柵測量裝置v6.6 速度傳感器速度傳感器v6.7 位置傳感器位置傳感器圖圖6-1 6-1 CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成6.1.16.1.1 檢測概述檢測概述：位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)、半位置檢測裝置是數(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。發(fā)出反饋信號，構成閉環(huán)或半閉

2、環(huán)控制。6.1 概述概述數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求 工作可靠，抗干擾能力強；工作可靠，抗干擾能力強； 滿足精度和速度的要求；滿足精度和速度的要求； 易于安裝，維護方便，適應機床工作環(huán)境；易于安裝，維護方便，適應機床工作環(huán)境； 成本低。成本低。位移檢測裝置的分類位移檢測裝置的分類測角測角測長測長位移檢測裝置位移檢測裝置數(shù)字式數(shù)字式增量式增量式光電盤光電盤圓光柵圓光柵數(shù)碼盤數(shù)碼盤絕對式絕對式模擬式模擬式增量式增量式同步分解器同步分解器圓感應同步器圓感應同步器磁盤磁盤絕對式絕對式多極同步分解器多極同步分解器同步分解器組件同步分解器組件三重式圓感應同步器三重式圓感應同步器

3、長光柵長光柵多通道透射光柵多通道透射光柵直線感應同步器直線感應同步器磁尺磁尺數(shù)字式數(shù)字式增量式增量式絕對式絕對式模擬式模擬式增量式增量式絕對式絕對式多重式直線感應同步器多重式直線感應同步器6.2 旋轉變壓器旋轉變壓器6.2.1 旋轉變壓器的結構和工作原理旋轉變壓器的結構和工作原理6.2.2 旋轉變壓器的應用旋轉變壓器的應用旋轉變壓器（又稱同步分解器旋轉變壓器（又稱同步分解器) )6.2.1 旋轉變壓器的結構和工作原理旋轉變壓器的結構和工作原理v旋轉變壓器（又稱同步分解器旋轉變壓器（又稱同步分解器) )是一種旋轉式的小型交流電是一種旋轉式的小型交流電機，它由定子和轉子組成。圖機，它由定子和轉子組

4、成。圖6-2所示的是一種無刷旋轉變壓所示的是一種無刷旋轉變壓器的結構圖，左邊為分解器，右邊為變壓器。旋轉變壓器是器的結構圖，左邊為分解器，右邊為變壓器。旋轉變壓器是根據(jù)互感原理工作的。根據(jù)互感原理工作的。圖圖6-6-2 2 無刷旋轉變壓器的結構圖無刷旋轉變壓器的結構圖1電機軸；電機軸；2外殼；外殼；3分解器定子；分解器定子；4變壓器定子繞組；變壓器定子繞組；5變壓器轉子繞組；變壓器轉子繞組；6變壓器轉子；變壓器轉子；7變壓器定子；變壓器定子；8分解器轉子；分解器轉子；9分解器定子繞組；分解器定子繞組；10分解器轉子繞組分解器轉子繞組旋轉變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉子組成。旋轉變壓器是

5、一種角位移測量裝置，由定子和轉子組成。是根據(jù)互感原理工作的。是根據(jù)互感原理工作的。旋轉變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定旋轉變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓。轉子繞組作子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓。轉子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應電壓，只是其為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應電壓，只是其輸出電壓大小與轉子位置有關。輸出電壓大小與轉子位置有關。旋轉變壓器通過測量電動機或被測軸的轉角來間接測量旋轉變壓器通過測量電動機或被測軸的轉角來間接測量工作臺的位移。工作臺的位移。旋轉變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作旋

6、轉變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。情況。注注 意：意：v旋轉變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結構設計與制造旋轉變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結構設計與制造保證了定子與轉子之間的空氣隙內的磁通分布呈正弦規(guī)律，保證了定子與轉子之間的空氣隙內的磁通分布呈正弦規(guī)律，當定子繞組上加交流激磁電壓時，通過互感在轉子繞組中當定子繞組上加交流激磁電壓時，通過互感在轉子繞組中產生感應電動勢，其輸出電壓的大小取決于定子與轉子兩產生感應電動勢，其輸出電壓的大小取決于定子與轉子兩個繞組軸線在空間的相對位置個繞組軸線在空間的相對位置角。兩者平行時互感最大，角。兩者平行時互感最大，副邊的感應電動勢也最大

7、；兩者垂直時互感為零，感應電副邊的感應電動勢也最大；兩者垂直時互感為零，感應電動勢也為零。動勢也為零。v式中：式中：K-K-變壓比，即兩個繞組匝數(shù)比變壓比，即兩個繞組匝數(shù)比W1/W2W1/W2；U1-U1-定子的激磁電壓定子的激磁電壓；Vm-Vm-定子的最大瞬時電壓；定子的最大瞬時電壓；勵磁信號角頻率；勵磁信號角頻率；旋轉變壓器轉角。旋轉變壓器轉角。 輸出：輸出：U2=KU1sin =KVmsint sin (6-1a)輸入：輸入：U1=VmsintU2=KVmsint (6-1b)圖圖6-6-3 3旋轉變壓器的工作原理圖旋轉變壓器的工作原理圖當平行時，當平行時，=906.2.2 旋轉變壓器的

8、應用旋轉變壓器的應用v實際使用時通常采用多極形式，如正余弦旋轉變壓器，實際使用時通常采用多極形式，如正余弦旋轉變壓器，其其定子和轉子均由兩個匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞定子和轉子均由兩個匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞組構成組構成。一個轉子繞組接高阻抗作為補償，另一個轉。一個轉子繞組接高阻抗作為補償，另一個轉子繞組作為輸出，應用疊加原理，其磁通為：子繞組作為輸出，應用疊加原理，其磁通為：轉子輸出電壓則為：轉子輸出電壓則為：cossin2cs cossin2csKVKVV應用旋轉變壓器作位置檢測元件，有兩種方法：應用旋轉變壓器作位置檢測元件，有兩種方法：鑒相型鑒相型和和鑒幅型鑒幅型應用。應用。（1 1）

9、鑒相型應用）鑒相型應用v在此狀態(tài)下，旋轉變壓器的定子兩相正交繞組即在此狀態(tài)下，旋轉變壓器的定子兩相正交繞組即正弦正弦繞組繞組S S和余弦繞組和余弦繞組C C中分別加上幅值相等、頻率相同而中分別加上幅值相等、頻率相同而相位相差相位相差9090的正弦交流電壓的正弦交流電壓( (如圖如圖6-56-5所示所示) )， Us=Vmsint （6-2） Uc=Vmcost (6-3) 這兩相激磁電壓會產生旋轉磁場，在轉子繞組中這兩相激磁電壓會產生旋轉磁場，在轉子繞組中( (另一另一繞組短接繞組短接) )感應電動勢為感應電動勢為 U2=Ussin+Uccosv即即U2=KVmsintsin+KVmcostc

10、os =KVmcos(t-)v測量轉子繞組輸出電壓的測量轉子繞組輸出電壓的相位角相位角，即可即可測得轉子相對測得轉子相對于定子的空間轉角位置于定子的空間轉角位置。在實際應用時，把對。在實際應用時，把對定子定子正正弦繞組激磁的交流電壓弦繞組激磁的交流電壓相位作為基準相位相位作為基準相位，與，與轉子轉子繞繞組輸出組輸出電壓相位作比較電壓相位作比較，來確定轉子轉角的位移。，來確定轉子轉角的位移。(2) (2) 鑒幅型應用鑒幅型應用v這種應用中，定子兩相繞組的激磁電壓為這種應用中，定子兩相繞組的激磁電壓為頻率相同頻率相同、相位相同相位相同而而幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交

11、變電的交變電壓，即壓，即Us=Vmsinsint (6-4) Uc=Vmcossint (6-5) 激磁電壓頻率為激磁電壓頻率為24 kHz。v定子激磁信號產生的合成磁通在轉子繞組中產生感應定子激磁信號產生的合成磁通在轉子繞組中產生感應電動勢電動勢U2U2，其大小與轉子和定子的相對位置即其大小與轉子和定子的相對位置即mm有關，有關，并與激磁的幅值并與激磁的幅值VmsinVmsin和和VmcosVmcos有關，即有關，即 U2=KVmsin(-m)sint (6-6) 若若m=，則則U2=0。v在實際應用中，不斷在實際應用中，不斷修改定子激磁信號的修改定子激磁信號的( (即激磁即激磁幅值幅值)

12、)，使，使其跟蹤其跟蹤mm的變化的變化。當感應電動勢。當感應電動勢U2U2的幅值的幅值KVmsin(-m)KVmsin(-m)為零時，說明為零時，說明角的大小就是被測角角的大小就是被測角位移位移mm的大小。的大小。v從物理概念上理解，從物理概念上理解，m=m=表示定子繞組合成磁通表示定子繞組合成磁通由與轉子繞組的線圈平面平行，即沒有磁力線穿過轉由與轉子繞組的線圈平面平行，即沒有磁力線穿過轉子繞組線圈，故感應電動勢為零。當子繞組線圈，故感應電動勢為零。當垂直于轉子繞垂直于轉子繞組線圈平面時，即組線圈平面時，即m=m=9090時，轉子繞組中感應時，轉子繞組中感應電動勢最大。電動勢最大。v如果將旋轉

13、變壓器裝在數(shù)控機床的滾珠絲杠上，當角如果將旋轉變壓器裝在數(shù)控機床的滾珠絲杠上，當角從從00到到3600 時，絲杠上的螺母帶動工作臺移動了一個時，絲杠上的螺母帶動工作臺移動了一個導程，間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過導程，間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過的行程時，可加一個計數(shù)器，累計所轉的轉數(shù)，折算的行程時，可加一個計數(shù)器，累計所轉的轉數(shù)，折算成位移總長度。成位移總長度。注注 意：意：?小結小結旋轉變壓器作為位置檢測裝置，旋轉變壓器作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒相式是根據(jù)感應

14、輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應輸出電壓的幅值來檢測位移量。鑒幅式是根據(jù)感應輸出電壓的幅值來檢測位移量。旋轉變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉子組成。旋轉變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉子組成。旋轉變壓器旋轉變壓器是根據(jù)互感原理工作的。是根據(jù)互感原理工作的。返回第返回第6章目錄章目錄6.3 感應同步器感應同步器6.3.1感應同步器的結構感應同步器的結構6.3.2感應同步器的工作原理感應同步器的工作原理6.3.3感應同步器的特點感應同步器的特點6.3.4 感應同步器的應用感應同步器的應用6.3.1 感應同步器的結構感應同步器的結構v感應同步器和旋轉變壓器均為感應同步器和旋轉

15、變壓器均為電磁式檢測裝置電磁式檢測裝置，屬，屬模擬式模擬式測測量，二者工作原理相同，其量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。移而改變。v感應同步器按其結構特點一般分為感應同步器按其結構特點一般分為直線式直線式和和旋轉式旋轉式兩種：兩種： 直線式直線式感應同步器由定尺和滑尺組成，用于直線位移測量。感應同步器由定尺和滑尺組成，用于直線位移測量。旋轉式旋轉式感應同步器由轉子和定子組成，用于角位移測量。感應同步器由轉子和定子組成，用于角位移測量。圖圖6-66-6感應同步器的結構圖感應同步器的結構圖直線感應同步器直線感應同步器v直線感應同步器相當于一個

16、直線感應同步器相當于一個展開的多極旋轉變壓器展開的多極旋轉變壓器，其結構如圖其結構如圖6-66-6所示，定尺和滑尺的基板采用與機床熱所示，定尺和滑尺的基板采用與機床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結劑貼有膨脹系數(shù)相近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結劑貼有銅箔，并利用腐蝕的辦法做成圖示的銅箔，并利用腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組印刷繞組。長尺長尺叫定尺叫定尺，安裝在機床床身上安裝在機床床身上，短尺為滑尺短尺為滑尺，安裝于移安裝于移動部件上動部件上，兩者，兩者平行放置平行放置，保持，保持0.25-0.050.25-0.05mmmm間隙。間隙。圖圖6-66-6感應同步器的結構圖感應同步器的結構圖直

17、線感應同步器結構直線感應同步器結構A 正弦繞組正弦繞組 B 余弦繞組余弦繞組 直線感應同步器結構直線感應同步器結構 v感應同步器兩個單元繞組之感應同步器兩個單元繞組之間的距離為間的距離為節(jié)距節(jié)距，滑尺和定，滑尺和定尺的尺的節(jié)距均勻節(jié)距均勻，這是衡量感，這是衡量感應同步器精度的主要參數(shù)。應同步器精度的主要參數(shù)。標準感應同步器定尺長標準感應同步器定尺長250250mmmm，滑尺長滑尺長100100mmmm，節(jié)距節(jié)距為為2 2mmmm。定尺上是單向、均定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應繞組勻、連續(xù)的感應繞組，滑尺滑尺有兩組繞組，一組為正弦繞有兩組繞組，一組為正弦繞組，另一為余弦繞組。組，另一為余弦繞組。

18、當當正正弦繞組與定尺繞組對齊時，弦繞組與定尺繞組對齊時，余弦繞組與定尺繞組相差余弦繞組與定尺繞組相差1/41/4節(jié)距節(jié)距。6.3.2 感應同步器的工作原理感應同步器的工作原理v感應同步器的工作感應同步器的工作原理與旋轉變壓器原理與旋轉變壓器基本上相同，使用基本上相同，使用時，時，在滑尺繞組通在滑尺繞組通以一定頻率的交流以一定頻率的交流電壓電壓，由于電磁感，由于電磁感應，應，在定尺繞組中在定尺繞組中產生感應電動勢，產生感應電動勢，其幅值和相位取決其幅值和相位取決于定尺與滑尺的相于定尺與滑尺的相對位置對位置，如圖，如圖6-76-7所所示。示。圖圖6-76-7感應同步器的工作原理圖感應同步器的工作原

19、理圖感應電壓幅值與定尺滑尺相對位置關系感應電壓幅值與定尺滑尺相對位置關系 定 尺 滑 A 尺 B241 位 C221 置 D243 E 2 E A V2 M N 正弦繞組 余弦繞組 B D C O P 感應電壓幅值與定尺滑尺相對位置關系圖感應電壓幅值與定尺滑尺相對位置關系圖 若設定尺繞組節(jié)距為若設定尺繞組節(jié)距為t，它對應的感應電壓以余弦，它對應的感應電壓以余弦函數(shù)變化了，當滑尺移動距離為函數(shù)變化了，當滑尺移動距離為x時，則對應感應電壓時，則對應感應電壓以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關系以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關系可得可得 設表示滑尺上一相繞組的激磁電壓設表示滑尺上一相繞組的激磁電壓 則定尺繞

20、組感應電壓為則定尺繞組感應電壓為 式中式中 K耦合系數(shù)；耦合系數(shù)； 激磁電壓的幅值；激磁電壓的幅值； 激磁電壓的角頻率；激磁電壓的角頻率； 與位移對應的角度。與位移對應的角度。22xxx22tVVmssintKVKVVmssincoscos2mVv感應電壓的幅值變化規(guī)律就是一個周期性的余弦曲線。感應電壓的幅值變化規(guī)律就是一個周期性的余弦曲線。在一個周期內，感應電壓的某一幅值對應兩個位移點，在一個周期內，感應電壓的某一幅值對應兩個位移點，如關系圖中如關系圖中M M、N N兩點。為確定唯一位移，在滑尺上與兩點。為確定唯一位移，在滑尺上與正弦繞組錯開正弦繞組錯開1/41/4節(jié)距處，配置了余弦繞組。同

21、樣，若節(jié)距處，配置了余弦繞組。同樣，若在滑尺的余弦繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定在滑尺的余弦繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定尺繞組感應電壓與兩尺相對位移的關系曲線，它們之尺繞組感應電壓與兩尺相對位移的關系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關系間為正弦函數(shù)關系( (圖中圖中OP)OP)。若滑尺上的正、余弦繞若滑尺上的正、余弦繞組同時勵磁，就可以分辨出感應電壓值所對應的唯一組同時勵磁，就可以分辨出感應電壓值所對應的唯一確定的位移。確定的位移。（1 1） 鑒相方式鑒相方式v給繞組給繞組S S和和C C分別通以幅值相同、頻率相同但分別通以幅值相同、頻率相同但相位相差相位相差9090的交的交流電壓，即流電壓

22、，即 Us=Vmsint (6-7) Us=Vmsint (6-7) Uc=Vmcost (6-8) Uc=Vmcost (6-8)分別在定尺的繞組上產生分別在定尺的繞組上產生感應電壓感應電壓為為 V1=KVmcossint (6V1=KVmcossint (69)9)V2=-KVmsincost (6V2=-KVmsincost (610)10)則 在 定 尺 繞 組 上 產 生 合 成 電 壓 為則 在 定 尺 繞 組 上 產 生 合 成 電 壓 為 V=V1+V2V=V1+V2 V=KVmcossint-KVmsincost V=KVmcossint-KVmsincost =KVmsin

23、(t-) (6 =KVmsin(t-) (611)11)若感應同步器的若感應同步器的節(jié)距為節(jié)距為2 2，則滑尺直則滑尺直線線 位 移 量位 移 量 x x 與與 之 間 的 關 系 為之 間 的 關 系 為 =2x/2=x/=2x/2=x/ (6 (612)12)可見，在一個節(jié)距內可見，在一個節(jié)距內與與x x是一一對應是一一對應的。的。通過測量定尺感應電壓的相位通過測量定尺感應電壓的相位，即可測量出定尺相對滑尺的位移即可測量出定尺相對滑尺的位移x x。圖圖6-86-8鑒相系統(tǒng)的結構框圖鑒相系統(tǒng)的結構框圖（2 2） 鑒幅方式鑒幅方式v則感應到定尺繞組電勢為則感應到定尺繞組電勢為V=-KVmsin

24、(m-)sint (6-15a)v若若m=，則則V=0。給滑尺的正弦繞組給滑尺的正弦繞組S S和余弦繞組和余弦繞組C C分別通以頻率相同、相位分別通以頻率相同、相位相同但相同但幅值不同幅值不同且能由指令角位移且能由指令角位移調節(jié)的交流電壓，即調節(jié)的交流電壓，即Us=Vmsinsint (6-13)Uc=Vmcossint (6-14)假定激磁電壓的假定激磁電壓的與定尺、滑尺的實際相位角與定尺、滑尺的實際相位角m不一致時，不一致時，設設m=+，則則V=-KVmsinsint，當，當很小時，上式可近很小時，上式可近似表示為似表示為V=-(KVmsint)，可知，可知，定尺上感應電勢與定尺上感應電勢

25、與成成正比正比，即，即V隨指令給定的位移量隨指令給定的位移量x()與工作臺實際位移量與工作臺實際位移量x1(m)的差值的差值x()成正比變化。因此通過成正比變化。因此通過測量測量V的幅值的幅值，就就可以測定位移量可以測定位移量x的大小。的大小。v當工作臺位移值未達到指當工作臺位移值未達到指令要求值時，即令要求值時，即x1x(m)時，定尺上感時，定尺上感應電壓應電壓V0。該電壓經檢該電壓經檢波放大控制伺服驅動機構波放大控制伺服驅動機構帶動機床工作臺移動。當帶動機床工作臺移動。當工作臺移動至工作臺移動至x1=x(m=)時，定尺上感應電壓時，定尺上感應電壓V=0，誤差信號消失，工作臺停誤差信號消失，

26、工作臺停止移動。定尺上感應電壓止移動。定尺上感應電壓V V同時輸至相敏放大器，與同時輸至相敏放大器，與來自相位補償器的標準正來自相位補償器的標準正弦信號進行比較，以控制弦信號進行比較，以控制工作臺的運動方向。工作臺的運動方向。圖圖6-96-9鑒幅系統(tǒng)的結構框圖鑒幅系統(tǒng)的結構框圖6.3.3 感應同步器的特點感應同步器的特點v(1) (1) 精度高精度高 感應同步器的極對數(shù)多，平均效應所產生的測量精感應同步器的極對數(shù)多，平均效應所產生的測量精度要比制造精度高，且輸出信號是由滑尺和定尺之間相對移動產度要比制造精度高，且輸出信號是由滑尺和定尺之間相對移動產生的，中間無機械轉換環(huán)節(jié)，所以測量結果只受本身

27、精度的影響。生的，中間無機械轉換環(huán)節(jié)，所以測量結果只受本身精度的影響。v(2) (2) 測量長度不受限制測量長度不受限制 當測量長度大于當測量長度大于250 250 mmmm時，可以采用多時，可以采用多塊尺接長，相鄰定尺間隔可用塊規(guī)或激光測長儀進行調整，使總塊尺接長，相鄰定尺間隔可用塊規(guī)或激光測長儀進行調整，使總長度上的累積誤差不大于單塊定尺的最大偏差。長度上的累積誤差不大于單塊定尺的最大偏差。v(3) (3) 對環(huán)境的適應性強對環(huán)境的適應性強 直線式感應同步器的金屬基尺與安裝部直線式感應同步器的金屬基尺與安裝部件的材料的膨脹系數(shù)相似，當環(huán)境溫度變化時，兩者的變化規(guī)律件的材料的膨脹系數(shù)相似，當

28、環(huán)境溫度變化時，兩者的變化規(guī)律相同，而不影響測量精度。相同，而不影響測量精度。v(4) (4) 維護簡單、壽命長維護簡單、壽命長 定尺、滑尺之間無接觸磨損，在機床上定尺、滑尺之間無接觸磨損，在機床上安裝簡單。但使用時需要加防護罩，防止切屑進入定、滑尺之間安裝簡單。但使用時需要加防護罩，防止切屑進入定、滑尺之間劃傷導片。劃傷導片。 由于感應同步器具有一系列的優(yōu)點，所以廣泛用于位移檢測。由于感應同步器具有一系列的優(yōu)點，所以廣泛用于位移檢測。感應同步器安裝時，要注意定尺與滑尺之間的間隙，一般在感應同步器安裝時，要注意定尺與滑尺之間的間隙，一般在(0.25(0.250.05) 0.05) mmmm范圍

29、內。間隙變化也必須控制在范圍內。間隙變化也必須控制在0.01 0.01 mmmm之內。之內。如間隙過大，將影響測量信號的靈敏度。其特點如下。如間隙過大，將影響測量信號的靈敏度。其特點如下。 如果感應同步器的節(jié)距為如果感應同步器的節(jié)距為2mm，脈沖當量選定為脈沖當量選定為=0.001mm，一個脈沖對應的相移角一個脈沖對應的相移角1為為 數(shù)控裝置每發(fā)一個進給脈沖，經脈沖調相器變?yōu)槌盎鶞蕯?shù)控裝置每發(fā)一個進給脈沖，經脈沖調相器變?yōu)槌盎鶞市盘栆粋€信號一個0.180相移角的信號，即相移角的信號，即1=1-0=0.180。此時因工此時因工作臺未動，反饋信號相對于基準信號的相位差作臺未動，反饋信號相對于基

30、準信號的相位差2=2-0=0（2為定尺繞組上作為反饋信號所取的感應電壓為定尺繞組上作為反饋信號所取的感應電壓U2的相位）。的相位）。鑒相器將鑒相器將12 =0.180的相位差檢測出來，經放大后的相位差檢測出來，經放大后控制伺服電動機帶動工作臺移動。隨著工作臺的移動，控制伺服電動機帶動工作臺移動。隨著工作臺的移動，2逐逐漸增大，相位差漸增大，相位差逐漸減少，直至逐漸減少，直至0。 18. 0360216.3.4 感應同步器的應用感應同步器的應用小結小結作為位置檢測裝置，作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應輸出電壓的相位來檢測位

31、移量；鑒相式是根據(jù)感應輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應輸出電壓的幅值來檢測位移量。鑒幅式是根據(jù)感應輸出電壓的幅值來檢測位移量。感應同步器和旋轉變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬感應同步器和旋轉變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。移或角位移而改變。是根據(jù)互感原理工作的。是根據(jù)互感原理工作的。返回第返回第6章目錄章目錄6.4 脈沖編碼器脈沖編碼器6.4.1增量式編碼器增量式編碼器6.4.2絕對值式編碼器絕對值式編碼器6.4.3脈沖編碼器的使用脈沖編碼器的使用脈沖編碼器脈沖編碼器v

32、脈沖編碼器是一種脈沖編碼器是一種光學光學式式位置檢測元件位置檢測元件，編碼盤直接，編碼盤直接裝裝在轉軸在轉軸上，以測出軸的旋轉角度位置和速度變化，其輸上，以測出軸的旋轉角度位置和速度變化，其輸出信號為出信號為電脈沖電脈沖。v脈沖編碼器是一種脈沖編碼器是一種旋轉旋轉式式脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器，能把，能把機械轉角機械轉角變變成成電脈沖電脈沖，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。v這種檢測方式的特點是：檢測方式是這種檢測方式的特點是：檢測方式是非接觸式非接觸式的，無摩的，無摩擦和磨損，驅動力小，響應速度快。按編碼的方式，可擦和磨損，驅動力小，響應速度快。按編碼

33、的方式，可分為增量式和絕對值式兩種。分為增量式和絕對值式兩種。6.4.1 增量式編碼器增量式編碼器v增量式脈沖編碼器分增量式脈沖編碼器分光電式光電式、接觸式接觸式和和電磁感應式電磁感應式三三種。就精度和可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其種。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)它兩種，它的型號是用脈沖數(shù)/ /轉（轉（p/rp/r）來區(qū)分，數(shù)來區(qū)分，數(shù)控機床常用控機床常用20002000、25002500、30003000p/rp/r等，現(xiàn)在已有每轉發(fā)等，現(xiàn)在已有每轉發(fā)1010萬個脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于萬個脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于角度檢角度檢測

34、測外，還可以用于外，還可以用于速度檢測速度檢測。注注 意：意：光電式脈沖編碼器通常與電機做在一起，或者安裝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，在電機非軸伸端，電動機可直接與滾珠絲杠相連，或通過減速比為或通過減速比為i i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每個脈沖對應機床工作臺移動的距離可用連，那么每個脈沖對應機床工作臺移動的距離可用下式計算：下式計算：式中式中 脈沖當量（脈沖當量（mm/脈沖）；脈沖）；S滾珠絲杠的導程（滾珠絲杠的導程（mm）；）；i減速齒輪的減速比；減速齒輪的減速比；M脈沖編碼器每轉的脈沖數(shù)（脈

35、沖編碼器每轉的脈沖數(shù)（p/r）。）。iMS光電式脈沖編碼器結構光電式脈沖編碼器結構 數(shù)字顯示 信號處理電路 光電盤 圓盤 光電元件 聚光鏡 光源 光電式脈沖編碼器結構示意圖光電式脈沖編碼器結構示意圖 光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、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（如圖）。光圓盤、光電元件和信號處理電路等組成（如圖）。光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中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，

36、其數(shù)量從幾向心透光窄縫。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，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。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與工作軸連在一起 ，光電盤轉動時，每轉過一，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，輸弦波的電信號，經過整形、放大

37、、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。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。求出速度。 光電式脈沖編碼器的組成光電式脈沖編碼器的組成 為了判斷旋轉方向，圓盤的兩個窄縫距離彼此錯開為了判斷旋轉方向，圓盤的兩個窄縫距離彼此錯開1/41/4節(jié)距，使兩個光電元件輸出信號相位差節(jié)距，使兩個光電元件輸出信號相位差90900 0。如圖。如圖所示，所示，A A、B B信號為具有信號為具有90900 0相位差的正弦波，經放大和相位差的正弦波，經放大和整形變?yōu)榉讲ㄕ巫優(yōu)榉讲?/p>

38、A A1 1、B B1 1。 設設A A相比相比B B相超前時為正方向旋轉，則相超前時為正方向旋轉，則B B相超前相超前A A相相就是負方向旋轉，利用就是負方向旋轉，利用A A相與相與B B相的相位關系可以判別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，有一條透光條紋，用以產生每轉一個的零位脈沖信號，它是軸旋轉一周在固定位置上產生一個脈沖。它是軸旋轉一周在固定位置上產生一個脈沖。 電流電流 A B 節(jié)距節(jié)距 t A1 B1 900 脈沖編碼器輸出波形脈沖編碼器輸出波形 v增量式編

39、碼器的工作原理如圖增量式編碼器的工作原理如圖6-106-10所示。在圖所示。在圖6-10(6-10(a)a)中，中，E E為等節(jié)距的輻射狀透光窄縫圓盤，為等節(jié)距的輻射狀透光窄縫圓盤，Q1Q1、Q2Q2為光源，為光源，DADA、DBDB、DCDC為光電元件為光電元件( (光敏二極管或光電池光敏二極管或光電池) )，DADA與與DBDB錯開錯開9090相位角相位角安裝。安裝。圖圖6-10 6-10 增量式編碼器增量式編碼器v當當圓盤旋轉一個節(jié)距圓盤旋轉一個節(jié)距時，在光源照射下，就在時，在光源照射下，就在光電元光電元件件DADA、DBDB上得圖上得圖6-10(6-10(b)b)所示的光電波形所示的光

40、電波形輸出，輸出，A A、B B信信號為具有號為具有9090相位差的正弦波。這組信號經放大器放相位差的正弦波。這組信號經放大器放大與整形后，得圖大與整形后，得圖6-10(6-10(c)c)所示的輸出方波，所示的輸出方波，A A相比相比B B相相超前超前9090，其電壓幅值為，其電壓幅值為5 5V V。設設A A相超前相超前B B相時為相時為正方正方向旋轉向旋轉，則，則B B相超前相超前A A相時為反方向旋轉，以判別編碼相時為反方向旋轉，以判別編碼器的旋轉方向。器的旋轉方向。C C相產生的脈沖為基準脈沖，又稱零點相產生的脈沖為基準脈沖，又稱零點脈沖，它是轉軸旋轉一周在固定位置上產生一個脈沖脈沖，

41、它是轉軸旋轉一周在固定位置上產生一個脈沖。v如用數(shù)控車床如用數(shù)控車床切削螺紋切削螺紋時，可將這種脈沖當做車刀時，可將這種脈沖當做車刀進進刀點和退刀點的信號刀點和退刀點的信號使用，以保證切削螺紋時不會亂使用，以保證切削螺紋時不會亂扣。這種脈沖也可用于扣。這種脈沖也可用于高速旋轉的轉數(shù)計數(shù)高速旋轉的轉數(shù)計數(shù)或加工中或加工中心等數(shù)控機床上的心等數(shù)控機床上的主軸準停信號主軸準停信號。A A、B B相脈沖信號經相脈沖信號經頻率電壓變換后，得到與轉軸轉速成正比例的電壓信頻率電壓變換后，得到與轉軸轉速成正比例的電壓信號，它就是速度反饋信號號，它就是速度反饋信號。v增量式編碼器的增量式編碼器的缺點缺點是，有可

42、能由于噪聲或其他外界是，有可能由于噪聲或其他外界干擾產生干擾產生計數(shù)錯誤計數(shù)錯誤，若因停電，刀具破損而停機，事，若因停電，刀具破損而停機，事故排除后故排除后不能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置不能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置。6.4.2 絕對值式編碼器絕對值式編碼器v絕對式編碼器是一種旋轉式檢測裝置，可直接把絕對式編碼器是一種旋轉式檢測裝置，可直接把被測被測轉角轉角用用數(shù)字代碼表示數(shù)字代碼表示出來，且每一個角度位置均有其出來，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，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。電源切

43、除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉動角度。v絕對值式編碼器是利用絕對值式編碼器是利用其圓盤上的圖案來表示數(shù)值的其圓盤上的圖案來表示數(shù)值的。v絕對式編碼器有絕對式編碼器有光電式光電式、接觸式接觸式和和電磁式電磁式三種，以接三種，以接觸式四位絕對編碼器為例來說明其工作原理。觸式四位絕對編碼器為例來說明其工作原理。碼位碼位四位二進制編碼盤a) b)v圖圖6-116-11所示為二進制編碼盤，圖中所示為二進制編碼盤，圖中空白的部分空白的部分透光，表透光，表示示“0 0”；加點；加點( (陰影陰影) )的部分不透光，表示的部分不透光，表示“1 1”。按照。按照圓盤上形成的二進位的圓盤上形成的二進位的每一環(huán)配

44、置光電變換器每一環(huán)配置光電變換器，即圖中，即圖中用黑點所示位置，用黑點所示位置，隔著圓盤從后側用光源照射隔著圓盤從后側用光源照射。此編碼。此編碼盤共有四環(huán)，每一環(huán)配置的光電變換器對應為盤共有四環(huán)，每一環(huán)配置的光電變換器對應為2020、2121、2222、2323。圖中，內側是二進制的高位，即。圖中，內側是二進制的高位，即2323；外側是二；外側是二進制的低位，如進制的低位，如“11011101”，讀出的是十進制，讀出的是十進制“1313”的角的角度坐標值。度坐標值。二進制編碼器的主要缺點是圖案變化無規(guī)律，二進制編碼器的主要缺點是圖案變化無規(guī)律，在使用中多位同時變化，易產生較多的誤讀在使用中多位

45、同時變化，易產生較多的誤讀。經改進后。經改進后的結構為的結構為葛萊編碼盤葛萊編碼盤，它的，它的特點特點是，是，每相鄰十進制數(shù)之每相鄰十進制數(shù)之間只一位二進制碼不同間只一位二進制碼不同。因此，圖案的切換只用一位數(shù)。因此，圖案的切換只用一位數(shù)( (二進制的位二進制的位) )進行。所以能把誤讀控制在一個數(shù)單位之進行。所以能把誤讀控制在一個數(shù)單位之內，提高了可靠性。內，提高了可靠性。絕對值式編碼器的優(yōu)缺點絕對值式編碼器的優(yōu)缺點v絕對值式編碼器比增量編碼器具有較多絕對值式編碼器比增量編碼器具有較多優(yōu)點優(yōu)點：坐標值坐標值可從絕對編碼盤中直接讀出，不會有累積進程中的誤可從絕對編碼盤中直接讀出，不會有累積進程

46、中的誤計數(shù)計數(shù)；運轉速度可以提高，編碼器本身具有機械式存運轉速度可以提高，編碼器本身具有機械式存儲功能儲功能，即便因停電或其他原因造成坐標值清除，通，即便因停電或其他原因造成坐標值清除，通電后，仍可找到原絕對坐標位置。電后，仍可找到原絕對坐標位置。v其其缺點缺點是，當進給是，當進給轉數(shù)大于一轉轉數(shù)大于一轉時，需作特別處理，時，需作特別處理，如用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多如用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多級檢測裝置，但其結構復雜、成本高。級檢測裝置，但其結構復雜、成本高。6.4.3 脈沖編碼器的使用脈沖編碼器的使用脈沖編碼器是一種回轉編碼器，可以用來測相對位移，脈沖編

47、碼器是一種回轉編碼器，可以用來測相對位移，單位時間內的相對角位移就是角速度。單位時間內的相對角位移就是角速度。 回轉編碼器在檢測角位移的同時，配以定時器便可檢回轉編碼器在檢測角位移的同時，配以定時器便可檢測出角速度。測出角速度。6.5 光光柵柵測量裝置測量裝置6.5.1 光柵的工作原理光柵的工作原理6.5.2 光柵測量的裝置光柵測量的裝置6.5.3 直線光柵檢測裝置的線路直線光柵檢測裝置的線路6.5.4 光柵檢測系統(tǒng)光柵檢測系統(tǒng)光柵簡介光柵簡介v光柵種類較多。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分光柵種類較多。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為為透射光柵透射光柵和和反射光柵反射光柵，透射光柵分辨率較

48、反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達高，其檢測精度可達1 1mm以上。從以上。從形狀上看，又可分形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測量轉角位移，直。圓光柵用于測量轉角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似，線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應用比較廣泛的透射式直線光柵。本節(jié)著重介紹一種應用比較廣泛的透射式直線光柵。v直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的稱為標尺光柵或長光柵，一般固定在機床移動部件的稱為標尺光柵或長光柵，一般固定在機床移動部件上，要求與

49、行程等長。短的為指示光柵或短光柵，裝上，要求與行程等長。短的為指示光柵或短光柵，裝在機床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的在機床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為透明玻璃片，線紋密度為2525、5050、100100、250250條條/ /mmmm等。等。線紋之間距離相等，該間距稱為柵距，測量時它們相線紋之間距離相等，該間距稱為柵距，測量時它們相互平行放置，并保持互平行放置，并保持0.050.10.050.1mmmm的間隙。的間隙。v計量光柵有長光柵和圓光柵兩種計量光柵有長光柵和圓光柵兩種，是數(shù)控機床和數(shù)顯，是數(shù)控機床和數(shù)顯系統(tǒng)常用的檢測元件。它具有系統(tǒng)常用的

50、檢測元件。它具有精度高，響應速度較快精度高，響應速度較快等優(yōu)點。光柵測量是一種等優(yōu)點。光柵測量是一種非接觸式測量非接觸式測量。6.5.1 光柵的工作原理光柵的工作原理v光柵位移檢測裝置由光柵位移檢測裝置由光源光源、兩塊光柵兩塊光柵( (長光柵、短光柵長光柵、短光柵) )和和光電元件光電元件等組成，見圖等組成，見圖6-13(6-13(a)a)。圖圖6-13 6-13 光柵的工作原理圖光柵的工作原理圖原理說明原理說明v光柵是在一塊長條形的光學玻璃上均勻地刻上許多與光柵是在一塊長條形的光學玻璃上均勻地刻上許多與運動方向垂直的線條運動方向垂直的線條，線條之間距離，線條之間距離( (稱為稱為柵距柵距)

51、)可以可以根據(jù)所需的精度決定，一般每毫米刻根據(jù)所需的精度決定，一般每毫米刻5050、100100、200200條條線。線。長光柵長光柵G1G1裝在機床的移動部件上裝在機床的移動部件上，稱為，稱為標尺光柵標尺光柵；短光柵短光柵G2G2裝在機床的固定部件上裝在機床的固定部件上，稱為，稱為指示光柵指示光柵。兩。兩塊光柵互相平行并保持一定的間隙塊光柵互相平行并保持一定的間隙( (如如0.05 0.05 mmmm或或0.1 0.1 mmmm等等) )，而兩塊光柵的刻線密度相同。，而兩塊光柵的刻線密度相同。原理說明原理說明（放大作用）（放大作用）v如果將指示光柵在其自身的平面如果將指示光柵在其自身的平面內

52、轉過一個很小的角內轉過一個很小的角度后度后，這樣兩塊光柵的刻線相交，當平行光線垂直照，這樣兩塊光柵的刻線相交，當平行光線垂直照射標尺光柵時，則在相交區(qū)域出現(xiàn)射標尺光柵時，則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、間隔相明暗交替、間隔相等的粗大條紋等的粗大條紋，稱為，稱為莫爾條紋莫爾條紋。由于兩塊光柵的刻線。由于兩塊光柵的刻線密度相等，即密度相等，即柵距柵距相等，使產生的莫爾條紋的方向相等，使產生的莫爾條紋的方向與光柵刻線方向大致垂直。其幾何關系見圖與光柵刻線方向大致垂直。其幾何關系見圖6-13(6-13(b)b)。當當很小時，很小時，莫爾條紋的節(jié)距莫爾條紋的節(jié)距為為 W=/ (6-16)W=/ (6-16)v

53、這表明這表明莫爾條紋的節(jié)距是柵距的莫爾條紋的節(jié)距是柵距的1/1/倍倍。原理說明原理說明（移動成比例并具有方向性）（移動成比例并具有方向性）v當標尺光柵移動時，莫爾條紋就沿與光柵移動方向垂當標尺光柵移動時，莫爾條紋就沿與光柵移動方向垂直的方向移動直的方向移動。當光柵。當光柵移動一個柵距移動一個柵距時，莫爾條紋時，莫爾條紋就相應準確地就相應準確地移動一個節(jié)距移動一個節(jié)距W W，也就是說兩者一一對應。也就是說兩者一一對應。因此，因此，只要讀出移過莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵只要讀出移過莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移過了多少個柵距移過了多少個柵距，而柵距在制造光柵時是已知的，而柵距在制造光柵時是已知的

54、，所以所以光柵的移動距離就可以通過光電檢測系統(tǒng)對移過光柵的移動距離就可以通過光電檢測系統(tǒng)對移過的莫爾條紋數(shù)進行計數(shù)、處理后自動測量出來。的莫爾條紋數(shù)進行計數(shù)、處理后自動測量出來。原理說明原理說明（均化誤差）（均化誤差）v如果光柵的刻線為如果光柵的刻線為100100條，即柵距為條，即柵距為0.01 0.01 mmmm時，人們是無法時，人們是無法用肉眼來分辨的，但它的莫爾條紋卻清晰可見。所以用肉眼來分辨的，但它的莫爾條紋卻清晰可見。所以莫爾條莫爾條紋是一種簡單的放大機構紋是一種簡單的放大機構，其，其放大倍數(shù)取決于兩光柵刻線的放大倍數(shù)取決于兩光柵刻線的交角交角，如如=0.01 mm=0.01 mm，

55、W=10 mmW=10 mm，則其放大倍數(shù)為則其放大倍數(shù)為1/1/=W/=1 000=W/=1 000倍。這種放大特點是莫爾條紋系統(tǒng)的獨具倍。這種放大特點是莫爾條紋系統(tǒng)的獨具特點。特點。v莫爾條紋的另一特點，就是莫爾條紋的另一特點，就是平均效應平均效應。因為莫爾條紋是由若。因為莫爾條紋是由若干條光柵刻線組成，若光電元件接受長度為干條光柵刻線組成，若光電元件接受長度為10 10 mmmm，在在=0.01 mm=0.01 mm時，光電元件接受的信號是由時，光電元件接受的信號是由1 0001 000條刻線組成，條刻線組成，所以制造數(shù)控技術上的缺陷，例如間斷地少幾根線，只會影所以制造數(shù)控技術上的缺陷，

56、例如間斷地少幾根線，只會影響千分之幾的光電效果。因此，用光柵測量長度，決定其精響千分之幾的光電效果。因此，用光柵測量長度，決定其精度的要素不是一根刻線，而是一組線的平均精度。度的要素不是一根刻線，而是一組線的平均精度。 標尺光柵莫爾條紋莫爾條紋6.5.2 光柵測量的裝置光柵測量的裝置v在實際使用中，大多數(shù)裝置是在實際使用中，大多數(shù)裝置是把光源、指示光柵和光電元把光源、指示光柵和光電元件組合在一起，稱之為讀數(shù)頭件組合在一起，稱之為讀數(shù)頭。讀數(shù)頭的結構形式很多，。讀數(shù)頭的結構形式很多，但就其光路來看可分為以下幾種。但就其光路來看可分為以下幾種。1. 分光讀數(shù)頭分光讀數(shù)頭2. 垂直入射讀數(shù)頭垂直入射

57、讀數(shù)頭3. 反射讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭1. 1. 分光讀數(shù)頭分光讀數(shù)頭v它的原理圖見圖它的原理圖見圖6-146-14，光源，光源Q Q發(fā)出的光經透鏡發(fā)出的光經透鏡L1L1變成平變成平行光，照射到光柵行光，照射到光柵G1G1和和G2G2上，由透鏡上，由透鏡L2L2把在指示光柵把在指示光柵G2G2上形成的莫爾條紋聚焦，并在它的焦面上安置光電上形成的莫爾條紋聚焦，并在它的焦面上安置光電元件以接受莫爾條紋的明暗信號。元件以接受莫爾條紋的明暗信號。這種光學系統(tǒng)是莫爾條紋光這種光學系統(tǒng)是莫爾條紋光學系統(tǒng)的基本型。這種分光學系統(tǒng)的基本型。這種分光讀數(shù)頭，刻線截面為鋸齒形，讀數(shù)頭，刻線截面為鋸齒形，柵距為柵距為0.

58、004 0.004 mmmm，鋸齒的傾鋸齒的傾角是根據(jù)光柵材料的折射率角是根據(jù)光柵材料的折射率與入射光的波長確定的。與入射光的波長確定的。圖圖6-146-14分光讀數(shù)頭原理圖分光讀數(shù)頭原理圖分光讀數(shù)頭分光讀數(shù)頭v不過，這種光柵間距比較小，兩塊光柵之間的間隙也小。為不過，這種光柵間距比較小，兩塊光柵之間的間隙也小。為了保護光柵表面，常需粘一層保護玻璃，而這樣小的間隙是了保護光柵表面，常需粘一層保護玻璃，而這樣小的間隙是不行的。因此，在實際使用中采用投影系統(tǒng)不行的。因此，在實際使用中采用投影系統(tǒng)( (見圖見圖6 6-15)-15)，它，它是在是在光柵光柵G1G1與與G2G2之間裝上等倍投影透鏡之間

59、裝上等倍投影透鏡L3L3、L4L4。這樣，這樣，G1G1的的像就以同樣大小的像投影在像就以同樣大小的像投影在G2G2上形成莫爾條紋。這種系統(tǒng)本上形成莫爾條紋。這種系統(tǒng)本質上與前面的相同，質上與前面的相同，只是只是G1G1和和G2G2之間的距離拉長了之間的距離拉長了，從而滿，從而滿足了實際的使用要求。這種讀數(shù)頭主要用在高精度坐標控制足了實際的使用要求。這種讀數(shù)頭主要用在高精度坐標控制和精密測量儀器上。和精密測量儀器上。圖圖6-156-15等倍投影系統(tǒng)等倍投影系統(tǒng)2. 2. 垂直入射讀數(shù)頭垂直入射讀數(shù)頭v這種讀數(shù)頭主要是用于每毫米這種讀數(shù)頭主要是用于每毫米2525125125線的玻璃透射光線的玻璃

60、透射光柵系統(tǒng)柵系統(tǒng)( (見圖見圖6-16)6-16)。從光源從光源Q Q經直透鏡經直透鏡L L使光束使光束垂直照射到標尺光柵垂直照射到標尺光柵G1G1上，上，然后通過指示光柵然后通過指示光柵G2G2由光由光電元件電元件P P接收。兩塊光柵之接收。兩塊光柵之間的距離間的距離t t是根據(jù)有效光波是根據(jù)有效光波的波長的波長和光柵柵距和光柵柵距來來選擇，即選擇，即t=/t=/。但這僅但這僅僅是理論值，在實際使用僅是理論值，在實際使用中還要具體選擇。中還要具體選擇。圖圖6-16 6-16 玻璃透射光柵系統(tǒng)玻璃透射光柵系統(tǒng)垂直入射讀數(shù)頭的結構垂直入射讀數(shù)頭的結構v圖圖6-176-17為垂直入射讀數(shù)頭的結構