第三節(jié)檢測(cè)裝置

1、CNC數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置 主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述概述 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 光柵光柵 編碼器編碼器CNC一、概述一、概述作用作用：檢測(cè)位移（線位移或角位移）和速度，：檢測(cè)位移（線位移或角位移）和速度，發(fā)送反饋信號(hào)至數(shù)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)閉環(huán)發(fā)送反饋信號(hào)至數(shù)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作臺(tái)按指令路徑精確地移或半閉環(huán)控制，使工作臺(tái)按指令路徑精確地移動(dòng)。動(dòng)。組成組成：檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置。：檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置。分分：位移、速度和電流三種類型。：位移、速度和電流三種類型。常用檢測(cè)裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器常用檢測(cè)裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)

2、同步器感應(yīng)同步器 編碼器編碼器 光柵光柵CNC閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度主閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢測(cè)系統(tǒng)精度決定。要由檢測(cè)系統(tǒng)精度決定。半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床：半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床：旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等等，安裝在電機(jī)或絲杠，安裝在電機(jī)或絲杠上，測(cè)量電機(jī)或絲杠的角位移間接測(cè)量工作上，測(cè)量電機(jī)或絲杠的角位移間接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。臺(tái)的直線位移。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床：閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床：感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺(tái)感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺(tái)和導(dǎo)軌上，直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。和導(dǎo)軌上，直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。一、概述一、概

3、述CNC位置檢測(cè)裝置的精度：系統(tǒng)精度、分辨率位置檢測(cè)裝置的精度：系統(tǒng)精度、分辨率系統(tǒng)精度：一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測(cè)量累積誤差的最大值。系統(tǒng)精度：一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測(cè)量累積誤差的最大值。一般：一般： 直線位移檢測(cè)精度：直線位移檢測(cè)精度：0.0020.02m； 回轉(zhuǎn)角測(cè)量精度：回轉(zhuǎn)角測(cè)量精度：10360系統(tǒng)分辨率：測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量。系統(tǒng)分辨率：測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量。目前：目前： 直線位移分辨率：直線位移分辨率：1m，高精度，高精度0.1m； 回轉(zhuǎn)分辨率：可達(dá)回轉(zhuǎn)分辨率：可達(dá)2。不同數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置精度、速度要求：不同數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置精度、速度要求： 大型機(jī)床：速度為

4、主；大型機(jī)床：速度為主； 中小型機(jī)床、高精度機(jī)床：精度為主。中小型機(jī)床、高精度機(jī)床：精度為主。一、一、 概述概述CNC1 1、數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求、數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求 1）受溫度、濕度影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；）受溫度、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；）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；）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；4）成本低；）成本低；5）易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量。）易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量。 一、一、 概述概述CNC2、 位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類 (位移傳感器位移傳感器) 一、

5、一、 概述概述3速直線感應(yīng)同步器速直線感應(yīng)同步器絕對(duì)值式磁尺絕對(duì)值式磁尺 直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器磁尺磁尺 多通道透射多通道透射光柵光柵 計(jì)量光柵計(jì)量光柵激光干涉儀激光干涉儀 直直線線型型 多極旋轉(zhuǎn)變壓器多極旋轉(zhuǎn)變壓器3速圓感應(yīng)同步器速圓感應(yīng)同步器 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器圓磁尺圓磁尺 絕對(duì)式脈沖絕對(duì)式脈沖編碼器編碼器 增量式脈沖增量式脈沖編碼器編碼器圓光柵圓光柵 回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型型 絕對(duì)式絕對(duì)式 增量式增量式 絕對(duì)式絕對(duì)式 增量式增量式 模擬式模擬式 數(shù)字式數(shù)字式 CNC 增量式與絕對(duì)式增量式與絕對(duì)式 1）增量式檢測(cè)方式）增量式檢測(cè)方式測(cè)量位移增量，移動(dòng)測(cè)量位移增量，移動(dòng)1

6、 1個(gè)測(cè)量單位發(fā)出個(gè)測(cè)量單位發(fā)出1 1個(gè)測(cè)量信個(gè)測(cè)量信號(hào)。號(hào)。如：測(cè)量單位為如：測(cè)量單位為0.001mm，每移動(dòng)，每移動(dòng)0.001mm發(fā)出發(fā)出1個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)得到位移量。個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)得到位移量。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)均可作測(cè)量：裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)均可作測(cè)量起點(diǎn)；起點(diǎn)；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：一旦計(jì)數(shù)有誤，此后測(cè)量結(jié)果全錯(cuò)；發(fā)生：一旦計(jì)數(shù)有誤，此后測(cè)量結(jié)果全錯(cuò)；發(fā)生故障（如斷電、斷刀等）時(shí)不能找到事故前的位故障（如斷電、斷刀等）時(shí)不能找到事故前的位置，須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)重新計(jì)數(shù)。置，須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)重新計(jì)數(shù)。一、一、 概述概述CNC2）絕對(duì)式測(cè)量方式）絕對(duì)式測(cè)量方式被

7、測(cè)量的任一點(diǎn)的位置都以一個(gè)固定的零點(diǎn)作被測(cè)量的任一點(diǎn)的位置都以一個(gè)固定的零點(diǎn)作基準(zhǔn)，每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的對(duì)零點(diǎn)的測(cè)基準(zhǔn)，每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的對(duì)零點(diǎn)的測(cè)量值。量值。避免了增量式檢測(cè)方式的缺陷，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。避免了增量式檢測(cè)方式的缺陷，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如：接觸式碼盤如：接觸式碼盤一、一、 概述概述CNC 數(shù)字式與模擬式數(shù)字式與模擬式1）數(shù)字式測(cè)量方式）數(shù)字式測(cè)量方式以數(shù)字形式表示被測(cè)量以數(shù)字形式表示被測(cè)量，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理?？芍苯影阉偷綌?shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）便于顯示、處理；）便于顯示、處理；（2）測(cè)量精度取決于

8、測(cè)量單位，與量程基本無）測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，與量程基本無關(guān)（存在累加誤差）；關(guān)（存在累加誤差）；（3）檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。）檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。一、一、 概述概述CNC2）模擬式測(cè)量方式）模擬式測(cè)量方式用連續(xù)的變量表示被測(cè)量，如用相位變化、用連續(xù)的變量表示被測(cè)量，如用相位變化、電壓變化表示。電壓變化表示。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）直接對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)；）直接對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)；（2）在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量；）在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量；（3）可用于直接檢測(cè)和間接檢測(cè)。）可用于直接檢測(cè)和間接檢測(cè)。一、一、 概述概述CNC 直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量與間接測(cè)量1）

9、直接測(cè)量）直接測(cè)量 用直線式用直線式檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置測(cè)直線位移，用旋轉(zhuǎn)式測(cè)直線位移，用旋轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置測(cè)測(cè)角位移，角位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制?？刂?。直接檢測(cè)：對(duì)機(jī)床的直線位移采用直線型檢測(cè)裝置測(cè)量。直接檢測(cè)：對(duì)機(jī)床的直線位移采用直線型檢測(cè)裝置測(cè)量。測(cè)量精度取決于測(cè)量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影測(cè)量精度取決于測(cè)量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影響。響。檢測(cè)裝置要與行程等長(zhǎng)，對(duì)大型數(shù)控機(jī)床來說，是一個(gè)很檢測(cè)裝置要與行程等長(zhǎng)，對(duì)大型數(shù)控機(jī)床來說，是一個(gè)很大的限制。大的限制。一、一、 概述概述CNC2）間接測(cè)量）間接測(cè)量若

10、若回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型位置位置檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置測(cè)量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只是中間測(cè)量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只是中間值，再由它推算出與之關(guān)聯(lián)的移動(dòng)部件的直線位值，再由它推算出與之關(guān)聯(lián)的移動(dòng)部件的直線位移，移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。對(duì)機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測(cè)對(duì)機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置裝置測(cè)量，稱測(cè)量，稱為間接測(cè)量。為間接測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：使用可靠方便，無長(zhǎng)度限制，：使用可靠方便，無長(zhǎng)度限制，缺點(diǎn)缺點(diǎn)：檢測(cè)信號(hào)中加入了直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)：檢測(cè)信號(hào)中加入了直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，影響檢測(cè)精度。為提高定位精動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，影響檢測(cè)精度。為提高定位精度，常需要對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)誤差

11、進(jìn)行補(bǔ)償。度，常需要對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。一、一、 概述概述CNC二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)，應(yīng)式微電機(jī)，用于用于半閉環(huán)半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床?？刂频臄?shù)控機(jī)床。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、工作可靠、對(duì)環(huán)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、工作可靠、對(duì)環(huán)境條件要求低（特別是高溫、高粉塵地方）、境條件要求低（特別是高溫、高粉塵地方）、輸出信號(hào)幅度大、抗干擾能力強(qiáng)。輸出信號(hào)幅度大、抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：信號(hào)處理比較復(fù)雜。：信號(hào)處理比較復(fù)雜。CNC二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器分類：分類： 按有無電刷分：接觸式和無接

12、觸式兩種；按有無電刷分：接觸式和無接觸式兩種；按極對(duì)數(shù)分：?jiǎn)螌?duì)極和多對(duì)極；按極對(duì)數(shù)分：?jiǎn)螌?duì)極和多對(duì)極；按用途分：計(jì)算用和數(shù)據(jù)傳輸用；按用途分：計(jì)算用和數(shù)據(jù)傳輸用；按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系分：按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系分：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比例式旋轉(zhuǎn)變壓器、特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器比例式旋轉(zhuǎn)變壓器、特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器CNC 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器），與兩相繞線式旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器），與兩相繞線式異步電機(jī)相似，異步電機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，由定子和轉(zhuǎn)子組成，是一種是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機(jī)。旋轉(zhuǎn)式的小

13、型交流電機(jī)。有刷旋轉(zhuǎn)變壓器：有刷旋轉(zhuǎn)變壓器：定子、轉(zhuǎn)子上兩相繞組軸定子、轉(zhuǎn)子上兩相繞組軸線相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的引線（端點(diǎn)）經(jīng)滑線相互垂直，轉(zhuǎn)子繞組的引線（端點(diǎn)）經(jīng)滑環(huán)引出，通過電刷送到外面來。環(huán)引出，通過電刷送到外面來。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器無刷旋轉(zhuǎn)變壓器：輸出信號(hào)大、可靠性高、：輸出信號(hào)大、可靠性高、壽命長(zhǎng)、不用維修。壽命長(zhǎng)、不用維修。二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC數(shù)控機(jī)床用無數(shù)控機(jī)床用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，刷旋轉(zhuǎn)變壓器，組成：組成：分解器：左，分解器：左，結(jié)構(gòu)與有刷旋結(jié)構(gòu)與有刷旋轉(zhuǎn)變壓器基本轉(zhuǎn)變壓器基本相同。相同。 變壓器：右，變壓器：右，無電刷與滑環(huán)無電刷與滑環(huán)即可把信號(hào)傳即可把信號(hào)傳遞出來遞出

14、來二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC12356748二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器分解器定子線圈外接激磁電壓，頻率較高（分解器定子線圈外接激磁電壓，頻率較高（400、500、1000、2000、5000Hz），尺寸減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，尺寸減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用加、減速比較大或精度高的齒輪、齒條組合的場(chǎng)合適用加、減速比較大或精度高的齒輪、齒條組合的場(chǎng)合分解器轉(zhuǎn)子線圈輸出信號(hào)接變壓器一次繞組分解器轉(zhuǎn)子線圈輸出信號(hào)接變壓器一次繞組 5 ，從變，從變壓器二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）壓器二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）7 引出輸出信號(hào)引出輸出信號(hào)CNC單極對(duì)：定子和轉(zhuǎn)單極對(duì)：定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極。子各有一對(duì)磁極。

15、多極對(duì)：定子或轉(zhuǎn)多極對(duì)：定子或轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)增加，使子極對(duì)數(shù)增加，使電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用于高角的倍數(shù)，用于高精度絕對(duì)式檢測(cè)。精度絕對(duì)式檢測(cè)。雙極對(duì)：定子和轉(zhuǎn)雙極對(duì)：定子和轉(zhuǎn)子各有兩對(duì)相互垂子各有兩對(duì)相互垂直的磁極，檢測(cè)精直的磁極，檢測(cè)精度較高，數(shù)控機(jī)床度較高，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用普遍。應(yīng)用普遍。二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子軸與電機(jī)軸或絲杠連接在一起旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子軸與電機(jī)軸或絲杠連接在一起。單極對(duì)：轉(zhuǎn)子經(jīng)精密齒輪升速后再與電機(jī)軸相聯(lián)，單極對(duì)：轉(zhuǎn)子經(jīng)精密齒輪升速后再與電機(jī)軸相聯(lián)，根據(jù)絲杠導(dǎo)程選用齒輪升速比（通常為根據(jù)絲杠導(dǎo)程選用齒輪升速比（通常為1:2、1:3、1

16、:4、2:3、1:5、2:5等），保證機(jī)床的脈沖當(dāng)量與輸?shù)龋?，保證機(jī)床的脈沖當(dāng)量與輸入設(shè)定的單位相同。入設(shè)定的單位相同。多極對(duì)：不用升速，與電機(jī)直接相聯(lián)，精度更高。多極對(duì)：不用升速，與電機(jī)直接相聯(lián)，精度更高。一極對(duì)數(shù)少的和一個(gè)極對(duì)數(shù)多的兩種旋轉(zhuǎn)變壓器可一極對(duì)數(shù)少的和一個(gè)極對(duì)數(shù)多的兩種旋轉(zhuǎn)變壓器可構(gòu)成構(gòu)成“粗測(cè)粗測(cè)”和和“精測(cè)精測(cè)”電氣變速雙通道檢測(cè)裝置，電氣變速雙通道檢測(cè)裝置，用于高精度檢測(cè)。用于高精度檢測(cè)。二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 互感原理互感原理，定子與轉(zhuǎn)子間氣隙磁通呈正余弦，定子與轉(zhuǎn)子間氣隙磁通呈正余弦規(guī)律分布。規(guī)律分布。當(dāng)定子加上一

17、定頻率的激磁電壓時(shí)，通過電磁當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時(shí)，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其輸出電壓的耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對(duì)位置。相對(duì)位置。 二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC 562221110U1=UmsintU1=UmsintU1=Umsint定子轉(zhuǎn)子激磁輸出U1U2tt=0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsint0 2=k 1sinU2=nUmsintsin2k 1sinU2 nUm sint sin二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變

18、壓器以單極對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器為例以單極對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器為例tUUmsin1sinsin12tnUnUUmUm激磁電壓幅值激磁電壓幅值n n繞組匝數(shù)比繞組匝數(shù)比轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角定子繞組定子繞組勵(lì)磁電壓勵(lì)磁電壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)CNC 562221110U1=UmsintU1=UmsintU1=Umsint定子轉(zhuǎn)子激磁輸出U1U2tt=0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsint0 2=k 1sinU2=nUmsintsin二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器tUUmsin1sinsinsin12tnUnUUmCNC1 1鑒相鑒相工作方式工作方式定子的兩個(gè)繞組通同幅值、頻率，但相位

19、差定子的兩個(gè)繞組通同幅值、頻率，但相位差/2/2的交流激磁電壓的交流激磁電壓 U U1s1sU Um msintsint U U1c1cU Um m（sint+/2sint+/2）U Um mcostcost轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)， U1s 、U1c在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓疊加，得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓疊加，得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U U2 2 二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器cossin112cskUkUUCNCU U2 2kUkUm msintsinsintsinkUkUm mcostcos=kUcostcos=kUm mcoscos（t-t-） U Um m激磁電壓幅值；激磁電壓幅值

20、； k k電磁耦合系數(shù)，電磁耦合系數(shù)，k k11；相位角，即：轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。相位角，即：轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，U U2 2k kU Um mcoscos（tt+ +）轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角t+t+和和間有對(duì)應(yīng)關(guān)間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢測(cè)出系，檢測(cè)出t+t+ ，可得，可得 ，得被測(cè)軸角位，得被測(cè)軸角位移移。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，把定子余弦繞組激磁電壓的相位實(shí)際應(yīng)用時(shí)，把定子余弦繞組激磁電壓的相位tt作為基準(zhǔn)相位，與作為基準(zhǔn)相位，與t+t+比較，確定比較，確定大小。大小。 二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC2鑒幅鑒幅工作方式工作方式 定子的兩個(gè)繞組分別通同頻率、同相位、幅值定子的兩個(gè)繞

21、組分別通同頻率、同相位、幅值分別按正弦、余弦變化的交流激磁電壓，即分別按正弦、余弦變化的交流激磁電壓，即 U1sUmsina asint U1c= Umcosa a sint 給定電氣角給定電氣角時(shí)，交流激磁電壓的幅值分別為時(shí)，交流激磁電壓的幅值分別為 UsmUmsin UcmUmcos二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，U1s、U1c經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U2為：為：U2kUmsinsintsink Umcossintcos kUmcos（）sint轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，同理有：，同理有： U2kUmcos（） sintU2的幅值分別為的幅值分別為:

22、:kUmcos（）、）、 kUmcos（）幅值幅值隨轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角變化。測(cè)量出幅值可測(cè)出變化。測(cè)量出幅值可測(cè)出 。二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC由角位移如何計(jì)算直線位移由角位移如何計(jì)算直線位移?旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在絲杠上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在絲杠上，當(dāng)角角0 360變化時(shí)，變化時(shí)，表示絲杠上的螺母走表示絲杠上的螺母走1 1個(gè)導(dǎo)程，間接測(cè)量了絲杠的直個(gè)導(dǎo)程，間接測(cè)量了絲杠的直線位移（導(dǎo)程）大小。線位移（導(dǎo)程）大小。加一臺(tái)加一臺(tái)絕對(duì)位置計(jì)數(shù)器絕對(duì)位置計(jì)數(shù)器檢測(cè)工作臺(tái)的絕對(duì)位置，累計(jì)檢測(cè)工作臺(tái)的絕對(duì)位置，累計(jì)所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總長(zhǎng)度。所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1周

23、，轉(zhuǎn)子的輸出電壓不止一次通過零點(diǎn)，周，轉(zhuǎn)子的輸出電壓不止一次通過零點(diǎn)，需加需加相敏檢波器相敏檢波器來辨別轉(zhuǎn)換點(diǎn)和區(qū)別不同的轉(zhuǎn)向。來辨別轉(zhuǎn)換點(diǎn)和區(qū)別不同的轉(zhuǎn)向。 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 二、二、 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器CNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式電磁式檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置，模擬模擬式測(cè)量式測(cè)量，二者工作原理相同。，二者工作原理相同。種類：直線式、旋轉(zhuǎn)式（圓盤式）。種類：直線式、旋轉(zhuǎn)式（圓盤式）。直線式：定尺、滑尺，測(cè)直線位移，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。直線式：定尺、滑尺，測(cè)直線位移，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)式：定子、轉(zhuǎn)子，測(cè)角位移，半閉環(huán)

24、伺服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)式：定子、轉(zhuǎn)子，測(cè)角位移，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。工作原理與直線式相同，不同的是定子（相當(dāng)于定工作原理與直線式相同，不同的是定子（相當(dāng)于定尺）、轉(zhuǎn)子（相當(dāng)于滑尺）及繞組形狀不同，結(jié)構(gòu)上尺）、轉(zhuǎn)子（相當(dāng)于滑尺）及繞組形狀不同，結(jié)構(gòu)上分：圓形、扇形。分：圓形、扇形。CNC 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與種類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與種類 三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器（固定在床身上）（固定在床身上）（安裝在移動(dòng)部件上）（安裝在移動(dòng)部件上）平行，間隙為平行，間隙為0.250.05mm0.250.05mmCNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器w22（a2+b2）w12（a1+b1）一般一般w1w2或或w12/3 w2

25、CNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器（當(dāng)正弦繞組與定（當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對(duì)齊時(shí)，尺繞組對(duì)齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞余弦繞組與定尺繞組相差組相差1/41/4節(jié)距）節(jié)距）CNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺250mm，滑尺，滑尺100mm，節(jié)距，節(jié)距2mm直線式感應(yīng)同步器有：直線式感應(yīng)同步器有：標(biāo)準(zhǔn)式：標(biāo)準(zhǔn)式：精度最高、使用最廣；精度最高、使用最廣；窄式窄式：定尺、滑尺寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，比標(biāo)準(zhǔn)式精度低，：定尺、滑尺寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，比標(biāo)準(zhǔn)式精度低，精度較低、機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工；精度較低、機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工；帶式：帶式：定尺可至定尺可至3

26、m以上，不需接長(zhǎng)，定尺隨床身熱變以上，不需接長(zhǎng)，定尺隨床身熱變形而變形，剛性稍差，總測(cè)量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低；形而變形，剛性稍差，總測(cè)量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低；3重式：重式：定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)，定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)，大型機(jī)床。大型機(jī)床。 CNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：CNC轉(zhuǎn)子繞組：連續(xù)繞組；轉(zhuǎn)子繞組：連續(xù)繞組；定子繞組：分段式、兩相正交（相差定子繞組：分段式、兩相正交（相差90電角度）電角度）sin繞組、繞組、cos繞組繞組三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 感應(yīng)同步器的安裝感應(yīng)同步器的安裝 定尺定尺安裝在機(jī)床的不動(dòng)部件上；安裝在機(jī)床的不動(dòng)部件上；

27、滑尺滑尺安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上。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安裝防護(hù)罩：防止切屑和油污浸入保 持 定 尺 和 滑 尺 平 行 、 間 隙 約保 持 定 尺 和 滑 尺 平 行 、 間 隙 約025005mm，其它安裝要求視具體產(chǎn)，其它安裝要求視具體產(chǎn)品說明而定。保證定尺和滑尺在全工作長(zhǎng)度品說明而定。保證定尺和滑尺在全工作長(zhǎng)度上正常耦合，減少測(cè)量誤差。上正常耦合，減少測(cè)量誤差。三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC直線感應(yīng)同步器標(biāo)準(zhǔn)定尺長(zhǎng)度為直線感應(yīng)同步器標(biāo)準(zhǔn)定尺長(zhǎng)度為250mm，測(cè)量范圍，測(cè)量范圍增加時(shí)，將定尺接長(zhǎng)。增加時(shí)，將定尺接長(zhǎng)。根據(jù)具體使用情況，按一定步驟和要求

28、拼接定尺根據(jù)具體使用情況，按一定步驟和要求拼接定尺 定尺全部接好后，采用定尺全部接好后，采用激光干涉儀激光干涉儀或或量塊加千分表量塊加千分表進(jìn)行全長(zhǎng)誤差測(cè)量，進(jìn)行全長(zhǎng)誤差測(cè)量，超差處進(jìn)行重新調(diào)整，使總長(zhǎng)度上的累積誤差超差處進(jìn)行重新調(diào)整，使總長(zhǎng)度上的累積誤差單單塊定尺的最大偏差。塊定尺的最大偏差。 三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器工作原理工作原理 正弦繞組余弦繞組滑尺定尺2/2UdUsUc三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器滑尺與定尺發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，即：勵(lì)磁繞組與感滑尺與定尺發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，即：勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由于電磁耦合的變化，應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由

29、于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。感應(yīng)繞組中感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。CNC三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)電壓幅值與定尺滑尺相對(duì)位置關(guān)系感應(yīng)電壓幅值與定尺滑尺相對(duì)位置關(guān)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 CNC當(dāng)滑尺移動(dòng)距離當(dāng)滑尺移動(dòng)距離 2 2 ，V V2 2 變化變化 2 2p p, ,當(dāng)移動(dòng)當(dāng)移動(dòng) x x時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)，對(duì)應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化 角度。角度。 設(shè)滑尺上一相繞組的激磁電壓設(shè)滑尺上一相繞組的激磁電壓 則定尺繞組感應(yīng)電壓為則定尺繞組感應(yīng)

30、電壓為 K 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(duì)應(yīng)的角度。與位移對(duì)應(yīng)的角度。p22xppxx22tVVmssintKVKVVmssincoscos2mV三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 1 1. .鑒相工作方式鑒相工作方式 滑尺正、余弦繞組的激磁信號(hào)是滑尺正、余弦繞組的激磁信號(hào)是頻率、幅值相同，頻率、幅值相同，相位差相位差90900 0的交流勵(lì)磁電壓的交流勵(lì)磁電壓 根據(jù)疊加原理，定尺上總感應(yīng)電壓為根據(jù)疊加原理，定尺上總感應(yīng)電壓為 鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位t+ ，可測(cè)，可測(cè)，可測(cè)定尺和滑尺間的相對(duì)

31、位移可測(cè)定尺和滑尺間的相對(duì)位移x。tVVtVVmcmscossin)sin(2coscoscossin2ptKVtKVtKVVmmm三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNCppxx22 例如：例如：定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵(lì)磁電壓間的相位定尺感應(yīng)輸出電壓與滑尺勵(lì)磁電壓間的相位差為差為3.63.60 0，表明滑尺移動(dòng)了多少，表明滑尺移動(dòng)了多少mmmm？(0.02mm) (0.02mm) 2mm三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC相移相移位移轉(zhuǎn)換系數(shù)位移轉(zhuǎn)換系數(shù)：例：設(shè)節(jié)距例：設(shè)節(jié)距2 2=2，則，則 若脈沖當(dāng)量若脈沖當(dāng)量2m/脈沖，則脈沖，則相移相移位移系數(shù)位移系數(shù)為為 pxmmx/1801pp脈沖脈

32、沖/36. 0/180002. 0三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器CNC 滑尺正、余弦繞組的勵(lì)磁電壓頻率同、相位同，但滑尺正、余弦繞組的勵(lì)磁電壓頻率同、相位同，但幅值不同。幅值不同。 2.鑒幅工作方式鑒幅工作方式tVVtVVmcmsaasincossinsin定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為aasinsincoscossinsin2tKVtKVVmmtKVmasinsin三、三、 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器若電氣角若電氣角已知，測(cè)出已知，測(cè)出V2幅值幅值kVmsin（）便能）便能求出求出角。實(shí)際測(cè)量時(shí)，不斷調(diào)整角。實(shí)際測(cè)量時(shí)，不斷調(diào)整 ，使，使kVmsin（）=0。的變化量代表了的

33、變化量代表了對(duì)應(yīng)的位移量變化，測(cè)對(duì)應(yīng)的位移量變化，測(cè)得機(jī)械位移。得機(jī)械位移。 CNC四、四、 光光柵柵通常，光柵按用途分兩大類：通常，光柵按用途分兩大類：物理光柵物理光柵（衍射光柵）：（衍射光柵）：200500條條/，柵距，柵距0.0020.005，利用光的衍射原理，用于光譜分，利用光的衍射原理，用于光譜分析和光波波長(zhǎng)測(cè)定。析和光波波長(zhǎng)測(cè)定。計(jì)量光柵計(jì)量光柵：25條條/、50條條/、100條條/、250條條/等，柵距等，柵距0.0040.25，利用光的透射和反射，利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)?，F(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)。用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，可測(cè)位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率用于閉環(huán)控制系統(tǒng)

34、，可測(cè)位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率高（高（0 數(shù)十萬次數(shù)十萬次/每秒），適用動(dòng)態(tài)測(cè)量。每秒），適用動(dòng)態(tài)測(cè)量。CNC 光柵的種類光柵的種類按形狀按形狀：長(zhǎng)光柵（直線光柵）、圓光柵。：長(zhǎng)光柵（直線光柵）、圓光柵。長(zhǎng)光柵檢測(cè)線位移，圓光柵測(cè)量角位移長(zhǎng)光柵檢測(cè)線位移，圓光柵測(cè)量角位移直線光柵直線光柵按制作原理按制作原理：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。 四、四、 光柵光柵CNC長(zhǎng)光柵長(zhǎng)光柵（1）玻璃透射光柵玻璃透射光柵：在玻璃表面上用真空鍍膜法：在玻璃表面上用真空鍍膜法鍍一層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，用鍍一層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，用照相腐蝕法制成透明與不透明間隔相

35、等的線紋。照相腐蝕法制成透明與不透明間隔相等的線紋。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）光源可采用垂直入射，光電元件直接接受光信）光源可采用垂直入射，光電元件直接接受光信號(hào)，因此信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；號(hào)，因此信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；2）一般為）一般為100、125、250條條/mm/mm，經(jīng)過電路細(xì)分，經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級(jí)的分辨率?？勺龅轿⒚准?jí)的分辨率。 四、四、 光柵光柵CNC（2）金屬反射光柵金屬反射光柵：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成光柵線紋；常用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成光柵線紋；常用4、10、25、40、50條條/mm ，分辨率低。特

36、點(diǎn)：，分辨率低。特點(diǎn)：1）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)易于與機(jī)床材料一致；）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)易于與機(jī)床材料一致；2）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整較方便；）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整較方便；3）安裝面積較小；）安裝面積較??；4）易于接長(zhǎng)或制成整根的鋼帶長(zhǎng)光柵；）易于接長(zhǎng)或制成整根的鋼帶長(zhǎng)光柵；5）不易碰碎。）不易碰碎。四、四、 光柵光柵CNC圓光柵圓光柵在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。一般有一般有3種形式：種形式：（1）六十進(jìn)制，）六十進(jìn)制，（2）十進(jìn)制，）十進(jìn)制，（3）二進(jìn)制，）二進(jìn)制，四、四

37、、 光柵光柵CNC 光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理 （以玻璃透射式直線光柵為例以玻璃透射式直線光柵為例）1光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu)組成組成：標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵）、光柵讀數(shù)頭：標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵）、光柵讀數(shù)頭 標(biāo)尺光柵與行程等長(zhǎng)，通常光柵長(zhǎng)度標(biāo)尺光柵與行程等長(zhǎng)，通常光柵長(zhǎng)度1m，行程大于，行程大于1m時(shí)需要接長(zhǎng)時(shí)需要接長(zhǎng)安裝安裝：標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵一般安裝在機(jī)床活動(dòng)部件上一般安裝在機(jī)床活動(dòng)部件上（如工作臺(tái)上或絲杠）（如工作臺(tái)上或絲杠） 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床固定部件上（如安裝在機(jī)床固定部件上（如機(jī)床底座）。指示光柵（短光柵）裝在光柵讀機(jī)床底座）。指示光柵（短光柵）裝在光柵讀數(shù)頭中。數(shù)頭中

38、。四、四、 光柵光柵CNC光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光柵讀數(shù)頭組成：光柵讀數(shù)頭組成：光源、透鏡、指示光源、透鏡、指示光柵、光敏元件、光柵、光敏元件、驅(qū)動(dòng)線路。驅(qū)動(dòng)線路。常見結(jié)構(gòu)按光路分：常見結(jié)構(gòu)按光路分：分光讀數(shù)頭、垂直分光讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭、反射入射讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭讀數(shù)頭作用：將莫爾條紋作用：將莫爾條紋的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)。 SPL2G2G1L1QG1G2PLtQL1G1G2L2PQCNC光柵四、四、 光柵光柵CNC尺身尺身安裝孔 掃描頭 （與移動(dòng)部件固定）可移動(dòng)電纜四、四、 光柵光柵CNC不透光條紋寬度（縫隙寬度）不透光條紋寬度（縫隙寬度）

39、a，透光寬度，透光寬度（刻線寬度）（刻線寬度）b，通常，通常a=b，柵距柵距da+b。ab標(biāo)尺光柵指示光柵d四、四、 光柵光柵CNC2光柵的基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理安裝時(shí)保證兩光柵尺沿線紋方向保持一個(gè)很安裝時(shí)保證兩光柵尺沿線紋方向保持一個(gè)很小夾角小夾角、刻劃面平行且有一個(gè)很小間隙、刻劃面平行且有一個(gè)很小間隙（一般（一般0.05mm，0.1mm）在光源照射下，在與在光源照射下，在與的平分線相垂直的方的平分線相垂直的方向上，形成明暗相間條紋向上，形成明暗相間條紋莫爾條紋莫爾條紋（橫（橫向莫爾條紋），兩條亮（向莫爾條紋），兩條亮（暗暗）紋間的距離稱）紋間的距離稱莫爾條紋寬度莫爾條紋寬度 w 。

40、四、四、 光柵光柵CNC均勻刻線標(biāo)尺光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng)dw四、四、 光光柵柵CNC莫爾條紋特性：莫爾條紋特性：（1）光學(xué)放大作用）光學(xué)放大作用標(biāo)尺光柵指示光柵dw/22cos2sin222dddwtg放大比放大比k為為 ：1dwk若若d=0.01mm，0.01rad，則則w1mm，k100 四、四、 光柵光柵xdwxwxtg2cos222CNC（2）實(shí)現(xiàn)平均誤差作用）實(shí)現(xiàn)平均誤差作用莫爾條紋莫爾條紋 大量光柵線紋干涉大量光柵線紋干涉 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng) 克服個(gè)別克服個(gè)別/ /局部誤差局部誤差 提高精度提高精度 （3）莫爾條紋移動(dòng)與柵距移動(dòng)成比例）莫爾條紋移動(dòng)與柵距移

41、動(dòng)成比例光柵移動(dòng)光柵移動(dòng)1 1個(gè)柵距個(gè)柵距d d 莫爾條紋移動(dòng)莫爾條紋移動(dòng)1 1個(gè)間距個(gè)間距w w光柵移動(dòng)方向相反，莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。光柵移動(dòng)方向相反，莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。莫爾條紋移動(dòng)方向與莫爾條紋移動(dòng)方向與角分線方向垂直。角分線方向垂直。 檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)位移來測(cè)量光柵移動(dòng)的微小距離。檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)位移來測(cè)量光柵移動(dòng)的微小距離。 在在1 1個(gè)柵距個(gè)柵距d內(nèi)，光電元件所檢測(cè)的光強(qiáng)變化為正弦內(nèi)，光電元件所檢測(cè)的光強(qiáng)變化為正弦（或余弦）變化。（或余弦）變化。四、四、 光柵光柵CNC光柵測(cè)量系統(tǒng)光柵測(cè)量系統(tǒng) P1P2P3P4硅光電池差動(dòng)放大器整形器差動(dòng)放大器整形器方向判別門電路可逆計(jì)數(shù)器

42、控制回路正向脈沖反向脈沖標(biāo)尺光柵指示光柵聚光鏡光源標(biāo)尺光柵移動(dòng)，莫爾條紋交替由亮帶到暗帶、標(biāo)尺光柵移動(dòng)，莫爾條紋交替由亮帶到暗帶、暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似余弦曲線，光暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似余弦曲線，光電元件電元件變?yōu)橥l率電壓信號(hào)，經(jīng)光柵位移變?yōu)橥l率電壓信號(hào)，經(jīng)光柵位移數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，代表移動(dòng)了一個(gè)柵距，對(duì)每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，代表移動(dòng)了一個(gè)柵距，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)可得工作臺(tái)的移動(dòng)距離脈沖計(jì)數(shù)可得工作臺(tái)的移動(dòng)距離四、四、 光柵光柵CNC四、四、 光柵光柵增加線紋密度，但制造較困難，成本高。增加線紋密度，但制造較困難，成本高。

43、采用采用倍頻倍頻的方法來提高光柵的分辨精度。的方法來提高光柵的分辨精度。 在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔1/41/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了了1/41/4柵距的位移，分辨精度可提高四倍，這就柵距的位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。是四倍頻方案。 一個(gè)光電元件一個(gè)光電元件只能計(jì)數(shù)只能計(jì)數(shù), ,無法判斷移動(dòng)方向無法判斷移動(dòng)方向如何辯向？如何辯向？如何提高光柵檢測(cè)裝置的精度如何提高光柵檢測(cè)裝置的精度?CNC鑒向倍頻電路作用鑒向倍頻電路作用: :辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨率辨向、細(xì)分，

44、提高光柵的分辨率莫爾條紋原莫爾條紋原1 1個(gè)脈沖信號(hào)：個(gè)脈沖信號(hào)：0、90、180、270都有脈沖輸出，一個(gè)周期內(nèi)送出都有脈沖輸出，一個(gè)周期內(nèi)送出4個(gè)脈沖。分個(gè)脈沖。分辨率提高辨率提高4倍。倍。分辨率取決于光柵柵距分辨率取決于光柵柵距 d 和鑒向倍頻的倍數(shù)和鑒向倍頻的倍數(shù) n，即：，即：分辨率分辨率d/n。例：光柵線紋密度例：光柵線紋密度50條條/mm（柵距（柵距20m），經(jīng)），經(jīng)4倍頻倍頻處理后，線紋密度提高到處理后，線紋密度提高到200條條/mm，工作臺(tái)每移動(dòng)，工作臺(tái)每移動(dòng)5m送出一個(gè)脈沖，即分辨率為送出一個(gè)脈沖，即分辨率為5m，提高，提高4倍。倍。四、四、 光柵光柵CNC五、五、編碼器編

45、碼器旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件，裝在被測(cè)軸上；旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件，裝在被測(cè)軸上；二進(jìn)制、二進(jìn)制循環(huán)碼（格雷碼）、余三碼二進(jìn)制、二進(jìn)制循環(huán)碼（格雷碼）、余三碼和二一十進(jìn)制碼等編碼器；和二一十進(jìn)制碼等編碼器；輸出信號(hào)的形式：絕對(duì)值式編碼器、脈沖增輸出信號(hào)的形式：絕對(duì)值式編碼器、脈沖增量式編碼器；量式編碼器；內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式：接觸式、光電式、電內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式：接觸式、光電式、電磁式。磁式。CNC安裝方式安裝方式1 1、和伺服電、和伺服電機(jī)同軸聯(lián)接，機(jī)同軸聯(lián)接，編碼器在進(jìn)給編碼器在進(jìn)給傳動(dòng)鏈前端；傳動(dòng)鏈前端；安裝方便。安裝方便。2 2、連在滾珠、連在滾珠絲杠末端，包絲杠末端，包含的傳動(dòng)鏈誤含的傳動(dòng)鏈誤差比前者多

46、，差比前者多，位置控制精度位置控制精度較高；較高；工作臺(tái)絲杠編碼器電機(jī)五、五、 編碼器編碼器CNC 接觸式編碼器接觸式編碼器一種絕對(duì)值式的檢測(cè)裝置，直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角一種絕對(duì)值式的檢測(cè)裝置，直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，每一個(gè)角度位置均有用數(shù)字代碼表示出來，每一個(gè)角度位置均有唯一對(duì)應(yīng)的代碼。唯一對(duì)應(yīng)的代碼。即使斷電或切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。即使斷電或切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 五、五、 編碼器編碼器CNC4位二進(jìn)制碼盤位二進(jìn)制碼盤 高位在內(nèi)，低位在外。高位在內(nèi)，低位在外。n位二進(jìn)制碼盤，位二進(jìn)制碼盤，n圈碼道，圈碼道，圓周均分圓周均分2n份，即有份，即有2n個(gè)數(shù)據(jù)表示不同位置，分辨?zhèn)€數(shù)據(jù)

47、表示不同位置，分辨角角360/2n。 n 越大，能分辨的角度越小，測(cè)量越大，能分辨的角度越小，測(cè)量精度越高。精度越高。目前目前n =814位位-+電刷絕緣體導(dǎo)電體轉(zhuǎn)軸E000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000120000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111122232120212223五、五、 編碼器編碼器采用組合碼盤，一個(gè)為粗計(jì)碼盤，一個(gè)為精計(jì)碼盤。采用組合碼盤，一個(gè)為粗計(jì)碼盤，一個(gè)為精計(jì)碼盤。精計(jì)碼盤轉(zhuǎn)精計(jì)碼盤轉(zhuǎn)1 1圈，

48、粗計(jì)碼盤轉(zhuǎn)圈，粗計(jì)碼盤轉(zhuǎn)1 1格。格。CNC若電刷位于兩位碼中間或電刷接觸不良，若電刷位于兩位碼中間或電刷接觸不良，則電刷的檢測(cè)讀數(shù)可能會(huì)是任意的數(shù)字則電刷的檢測(cè)讀數(shù)可能會(huì)是任意的數(shù)字例：電刷由位置（例：電刷由位置（0111）向位置（）向位置（1000）過渡時(shí)，可能出現(xiàn)過渡時(shí)，可能出現(xiàn)815之間的任一十進(jìn)之間的任一十進(jìn)制數(shù)。這種誤差稱為制數(shù)。這種誤差稱為非單值誤差非單值誤差。消除誤差：采用消除誤差：采用循環(huán)碼循環(huán)碼（雷格碼）雷格碼）。五、五、 編碼器編碼器CNC五、五、 編碼器編碼器格雷碼盤：格雷碼盤：各碼道的數(shù)碼不同時(shí)改變，任何兩個(gè)各碼道的數(shù)碼不同時(shí)改變，任何兩個(gè)相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，

49、所以每次只切換相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，所以每次只切換一位數(shù)，把誤差控制在最小單位內(nèi)。一位數(shù)，把誤差控制在最小單位內(nèi)。 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 CNC接觸式絕對(duì)值編碼器接觸式絕對(duì)值編碼器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、輸出信號(hào)強(qiáng)。：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、輸出信號(hào)強(qiáng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：電刷磨損造成壽命降低，轉(zhuǎn)速不能：電刷磨損造成壽命降低，轉(zhuǎn)速不能太高（每分鐘幾十轉(zhuǎn)），精度受外圈（最太高（每分鐘幾十轉(zhuǎn)）

50、，精度受外圈（最低位）碼道寬度限制。使用范圍有限。低位）碼道寬度限制。使用范圍有限。 五、五、 編碼器編碼器CNC 光電式編碼器光電式編碼器 常用光電式編碼器（光電碼盤、光電脈沖發(fā)常用光電式編碼器（光電碼盤、光電脈沖發(fā)生器、光電脈沖編碼器）為增量式光電編碼生器、光電脈沖編碼器）為增量式光電編碼器，一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器器，一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床常用的把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床常用的角位移檢測(cè)元件，也可用于角速度檢測(cè)。角位移檢測(cè)元件，也可用于角速度檢測(cè)。五、五、 編碼器編碼器CNC高分辨率的脈沖編碼器高分辨率的脈沖編碼器3，6，1230000脈沖r5，10250

51、00脈沖r2，3，4，6，820000脈沖r每轉(zhuǎn)脈沖移動(dòng)量（mm）脈沖編碼器現(xiàn)已有每轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn)已有每轉(zhuǎn)發(fā)出10萬乃至幾百萬個(gè)脈沖的編碼器，萬乃至幾百萬個(gè)脈沖的編碼器，內(nèi)部應(yīng)用了微處理器。內(nèi)部應(yīng)用了微處理器。3，6，123000脈沖r5，102500脈沖r2，3，4，6，82000脈沖r每轉(zhuǎn)脈沖移動(dòng)量（mm）脈沖編碼器數(shù)控機(jī)床常用編碼器數(shù)控機(jī)床常用編碼器:根據(jù)絲杠螺距來選用。根據(jù)絲杠螺距來選用。五、五、 編碼器編碼器CNC五、五、 編碼器編碼器滾珠絲杠的導(dǎo)程滾珠絲杠的導(dǎo)程iMS脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量減速齒輪的減速比減速齒輪的減速比脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（p/r）CNC光源、聚光鏡

52、、光欄板、光電碼盤、光電元件、光源、聚光鏡、光欄板、光電碼盤、光電元件、信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路 碼盤及狹縫轉(zhuǎn)軸光敏元件光欄板及辨向用的A組、B組狹縫光源零位標(biāo)志C五、五、 編碼器編碼器CNCA A組與組與B B組狹縫彼此錯(cuò)開組狹縫彼此錯(cuò)開1/41/4節(jié)距，節(jié)距，對(duì)應(yīng)的光敏元件產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)的光敏元件產(chǎn)生的信號(hào)A A、 B B彼此相差彼此相差9090相位，用于辨向。相位，用于辨向。根據(jù)脈沖數(shù)目可得被測(cè)軸的根據(jù)脈沖數(shù)目可得被測(cè)軸的角位移；角位移；根據(jù)脈沖頻率可得被測(cè)軸的根據(jù)脈沖頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速；根據(jù)根據(jù)A A、B B兩相相位超前滯后兩相相位超前滯后關(guān)系可得被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。關(guān)系可得被測(cè)軸

53、旋轉(zhuǎn)方向。 后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A A、B B兩相的兩相的9090相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。五、五、 編碼器編碼器CNC五、五、 編碼器編碼器CNC碼盤里圈，有一條狹縫碼盤里圈，有一條狹縫 C C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生1 1個(gè)脈沖，該個(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱脈沖信號(hào)又稱“零點(diǎn)脈沖零點(diǎn)脈沖”，作為測(cè)量的起始基準(zhǔn)。，作為測(cè)量的起始基準(zhǔn)。作用：作用： 被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)；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)被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)五、五、 編碼器編碼器CNC分辨角分辨角360/狹縫數(shù)。如條紋數(shù)為狹縫數(shù)。如條紋數(shù)為1024，

54、則，則360/10240.352。光電編碼器的輸出信號(hào)為差動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行倍頻處光電編碼器的輸出信號(hào)為差動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行倍頻處理，進(jìn)一步提高分辨力。理，進(jìn)一步提高分辨力。例如：配置例如：配置2000脈沖脈沖r光電編碼器的伺服電機(jī)光電編碼器的伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)8mm螺距的滾珠絲杠，經(jīng)螺距的滾珠絲杠，經(jīng)4倍頻處理后，倍頻處理后，相當(dāng)于相當(dāng)于8000脈沖脈沖r的角度分辨力，對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的角度分辨力，對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的直線分辨力由倍頻前的的直線分辨力由倍頻前的0.004mm提高到提高到0.001mrn。五、五、 編碼器編碼器CNC光電式編碼器光電式編碼器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：沒有接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，：沒有接觸磨損，碼盤壽

55、命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，最外圈每片寬度可做得很小，因而允許轉(zhuǎn)速高，最外圈每片寬度可做得很小，因而精度高。精度高。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。目前，有一種目前，有一種混合式絕對(duì)值脈沖編碼器：混合式絕對(duì)值脈沖編碼器：最外圈最外圈是高密度的增量制條紋，是高密度的增量制條紋，中間有四個(gè)碼道組成絕對(duì)值式四位循環(huán)碼，中間有四個(gè)碼道組成絕對(duì)值式四位循環(huán)碼，圓盤最里面有發(fā)一轉(zhuǎn)信號(hào)的狹縫。圓盤最里面有發(fā)一轉(zhuǎn)信號(hào)的狹縫。工作原理是粗、中、精三級(jí)計(jì)數(shù)，碼盤轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)工作原理是粗、中、精三級(jí)計(jì)數(shù)，碼盤轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)由由“一轉(zhuǎn)脈沖一轉(zhuǎn)脈沖”的計(jì)數(shù)表示的計(jì)數(shù)表示五、五、 編碼器編碼器CNC 電磁式編碼器電磁式編碼器 （磁性編碼器磁性編碼器）輸出的信號(hào)形式是數(shù)字脈沖信號(hào)。輸出的信號(hào)形式是數(shù)字脈沖信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、優(yōu)點(diǎn)：抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等用得最多的類型：磁敏電阻式、勵(lì)磁環(huán)式用得最多的類型：磁敏電阻式、勵(lì)磁環(huán)式磁敏電阻式磁性編碼器又分：強(qiáng)磁