數(shù)控機(jī)床的檢測裝置

1、數(shù)控機(jī)床的檢測裝置數(shù)控機(jī)床的檢測裝置主要內(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 磁柵磁柵 概述概述 1 1、作用：作用： 檢測位移（線位移或角位移）和速度，發(fā)送反饋信號(hào)檢測位移（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)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工至數(shù)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作臺(tái)按指令的路徑精確地移動(dòng)，其精度決定了加工精度。作臺(tái)按指令的路徑精確地移動(dòng)，其精度決定了加工精度。2 2、應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 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，安裝，安裝在電機(jī)或絲杠上，測量了電機(jī)

2、或絲杠的角位移，也就在電機(jī)或絲杠上，測量了電機(jī)或絲杠的角位移，也就間接地測量了工作臺(tái)的直線位移。間接地測量了工作臺(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、磁柵感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等測量裝置，安裝在工作臺(tái)和導(dǎo)軌上，直接測量工作等測量裝置，安裝在工作臺(tái)和導(dǎo)軌上，直接測量工作臺(tái)的直線位移。臺(tái)的直線位移。 概述概述3 3、位置檢測裝置的精度包括系統(tǒng)精度和分辨率、位置檢測裝置的精度包括系統(tǒng)精度和分辨率 系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度：在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差的：在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差的最大值。最大值。 分辨率分辨率：位置檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量。：位

3、置檢測系統(tǒng)能夠測量的最小位移量。3 3、要求：要求： 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；受溫度、濕度的影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)； 在機(jī)床移動(dòng)的范圍內(nèi)滿足精度和速度要求；在機(jī)床移動(dòng)的范圍內(nèi)滿足精度和速度要求； 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； 成本低；成本低； 易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測量。易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測量。 概述概述主要內(nèi)容 .2 .2 位置檢測裝置分類位置檢測裝置分類按被測量的幾何量分：按被測量的幾何量分： 回轉(zhuǎn)型（測角位移）和直線型（測線位移）；回轉(zhuǎn)型（測角位移）和直線型（測線位移）；按檢測信號(hào)的類型分：按檢測信號(hào)的類型分： 數(shù)字式和模擬式

4、；數(shù)字式和模擬式；按檢測量的基準(zhǔn)分：按檢測量的基準(zhǔn)分： 增量式和絕對式。增量式和絕對式。 不同類型的數(shù)控機(jī)床，因工作條件和檢測要求不同，不同類型的數(shù)控機(jī)床，因工作條件和檢測要求不同，可采用不同的檢測方式。可采用不同的檢測方式。 概述概述主要內(nèi)容概概述述數(shù)字式數(shù)字式 數(shù)字式數(shù)字式 模擬式模擬式 模擬式模擬式 增量式增量式 絕對式絕對式 增量式增量式 絕對式絕對式 回轉(zhuǎn)型回轉(zhuǎn)型 增量式脈沖編碼器增量式脈沖編碼器圓光柵圓光柵 絕對式脈沖編碼器絕對式脈沖編碼器 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 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 直線型直線型 計(jì)量光柵計(jì)

5、量光柵激光干涉儀激光干涉儀 多通道透射光柵多通道透射光柵 直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器磁尺磁尺 3速直線感應(yīng)同步器速直線感應(yīng)同步器絕對值式磁尺絕對值式磁尺 移動(dòng)一個(gè)測量單位就發(fā)出一個(gè)測量信號(hào)被測量的任一點(diǎn)的位置都以一個(gè)固定零點(diǎn)作基準(zhǔn) 概述概述主要內(nèi)容1增量式與絕對式增量式與絕對式 1 1）增量式檢測方式）增量式檢測方式 增量式檢測方式測量位移增量，移動(dòng)一個(gè)測量單位增量式檢測方式測量位移增量，移動(dòng)一個(gè)測量單位就發(fā)出一個(gè)測量信號(hào)。就發(fā)出一個(gè)測量信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：檢測裝置較簡單，任何一個(gè)對中點(diǎn)均可作為測量檢測裝置較簡單，任何一個(gè)對中點(diǎn)均可作為測量 起點(diǎn)；輪廓控制常采用起點(diǎn)；輪廓控制常采用缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：

6、對測量信號(hào)計(jì)數(shù)后才能讀出移距，一旦計(jì)數(shù)有誤，對測量信號(hào)計(jì)數(shù)后才能讀出移距，一旦計(jì)數(shù)有誤，此后的測量結(jié)果將全錯(cuò)；發(fā)生故障時(shí)（如斷電、斷刀等）此后的測量結(jié)果將全錯(cuò)；發(fā)生故障時(shí)（如斷電、斷刀等）不能再找到事故前的正確位置，必須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)不能再找到事故前的正確位置，必須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)重新計(jì)數(shù)。重新計(jì)數(shù)。 概述概述2 2）絕對式測量方式）絕對式測量方式 絕對式測量方式中，被測量的任一點(diǎn)的位置絕對式測量方式中，被測量的任一點(diǎn)的位置都以一個(gè)固定的零點(diǎn)作基準(zhǔn)，每一被測點(diǎn)都有一都以一個(gè)固定的零點(diǎn)作基準(zhǔn)，每一被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的對零點(diǎn)的測量值。避免了增量式檢測方個(gè)相應(yīng)的對零點(diǎn)的測量值。避免了增量式檢測方式

7、的缺陷，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。式的缺陷，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 概述概述2 2數(shù)字式與模擬式數(shù)字式與模擬式1 1）數(shù)字式測量方式）數(shù)字式測量方式 將被測量單位量化后以數(shù)字形式表示，測量信號(hào)一般將被測量單位量化后以數(shù)字形式表示，測量信號(hào)一般為電脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理為電脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）被測量量化后轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理；）被測量量化后轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理；（2 2）測量精度取決于測量單位，與量程基本無關(guān)（存在）測量精度取決于測量單位，與量程基本無關(guān)（存在累加誤差）；累加誤差）；（3 3）檢測裝置較簡單，脈沖信號(hào)抗干擾能

8、力強(qiáng)。）檢測裝置較簡單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。 概述概述2 2）模擬式測量方式）模擬式測量方式 將被測量用連續(xù)的變量來表示，如用相位變化、電壓將被測量用連續(xù)的變量來表示，如用相位變化、電壓變化來表示，主要用于小量程測量。主要特點(diǎn)：變化來表示，主要用于小量程測量。主要特點(diǎn)：（1 1）直接對被測量進(jìn)行檢測，無需量化；）直接對被測量進(jìn)行檢測，無需量化；（2 2）在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測量；）在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測量；（3 3）可用于直接檢測和間接檢測。）可用于直接檢測和間接檢測。 概述概述3 3直接測量與間接測量直接測量與間接測量1 1）直接測量）直接測量 對機(jī)床的直線位移采用直線型檢測裝置測

9、量，稱為直對機(jī)床的直線位移采用直線型檢測裝置測量，稱為直接檢測。接檢測。 測量精度主要取決于測量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)測量精度主要取決于測量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影響。精度的影響。 但檢測裝置要與行程等長，對大型數(shù)控機(jī)床來說，這但檢測裝置要與行程等長，對大型數(shù)控機(jī)床來說，這是一個(gè)很大的限制。是一個(gè)很大的限制。 概述概述2 2）間接測量）間接測量 對機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測元件測量，稱為對機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測元件測量，稱為間接測量。間接測量。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 使用可靠方便，無長度限制，使用可靠方便，無長度限制，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 在檢測信號(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)在檢測信

10、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，影響檢測精度。因此為了提高定位精度，常鏈誤差，影響檢測精度。因此為了提高定位精度，常常需要對機(jī)床的傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。常需要對機(jī)床的傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 .1 .1旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)組成：定子、轉(zhuǎn)子組成：定子、轉(zhuǎn)子分類：有刷和無刷兩種分類：有刷和無刷兩種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)式的小型交流電動(dòng)機(jī)12356748轉(zhuǎn)子軸承分解器轉(zhuǎn)子變壓器定子變壓器二次繞組變壓器轉(zhuǎn)子線軸殼體分解器定子變壓器一次繞組無刷旋轉(zhuǎn)變壓器：無刷旋轉(zhuǎn)變壓器：特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸出信號(hào)大輸出信號(hào)大可靠性高可靠性高壽命長壽命長不用維修不用維修 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)

11、變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器分：單極對、多極對。常用單極對旋轉(zhuǎn)變壓旋轉(zhuǎn)變壓器分：單極對、多極對。常用單極對旋轉(zhuǎn)變壓器和雙極對旋轉(zhuǎn)變壓器。器和雙極對旋轉(zhuǎn)變壓器。 單極對單極對：定子和轉(zhuǎn)子上各有一對磁極。：定子和轉(zhuǎn)子上各有一對磁極。 轉(zhuǎn)子通常不直接與電機(jī)軸相聯(lián)，經(jīng)精密齒輪升速后再轉(zhuǎn)子通常不直接與電機(jī)軸相聯(lián)，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，以保證與電機(jī)軸相聯(lián)，根據(jù)絲杠導(dǎo)程選用齒輪升速比，以保證機(jī)床的脈沖當(dāng)量與輸入設(shè)定的單位相同，升速比通常為機(jī)床的脈沖當(dāng)量與輸入設(shè)定的單位相同，升速比通常為1:21:2、1:31:3、1:41:4、2:32:3、1:51:5、2:52:5等。等。 多極對

12、多極對：增加定子或轉(zhuǎn)子的極對數(shù)，使電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)：增加定子或轉(zhuǎn)子的極對數(shù)，使電氣轉(zhuǎn)角為機(jī)械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。 雙極對雙極對：定子和轉(zhuǎn)子上各有兩對相互垂直的磁極，其：定子和轉(zhuǎn)子上各有兩對相互垂直的磁極，其檢測精度較高，在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用普遍。檢測精度較高，在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用普遍。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 .2 .2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 根據(jù)互感原理工作，定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙磁通分布根據(jù)互感原理工作，定子與轉(zhuǎn)子之間氣隙磁通分布呈正余弦規(guī)律。當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時(shí)，呈正余弦規(guī)律。當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時(shí)，通過電磁耦

13、合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其輸出電壓的輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對位置。大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對位置。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器主要內(nèi)容單極對旋轉(zhuǎn)變壓器單極對旋轉(zhuǎn)變壓器：由變壓器原理，設(shè)一次繞組匝數(shù)：由變壓器原理，設(shè)一次繞組匝數(shù)N N1 1，二次繞組匝數(shù)，二次繞組匝數(shù)N N2 2，變壓比，變壓比n nN N1 1N N2 2，一次側(cè)輸入，一次側(cè)輸入交變電壓：交變電壓：tUUmsin1二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢：二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢： sinsin12tnUnUUmU U2 2轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)

14、電勢U U1 1定子的激磁電壓定子的激磁電壓U Um m激磁電壓幅值激磁電壓幅值轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器coscos2tkUem主要內(nèi)容正弦余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原正弦余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理理 定子和轉(zhuǎn)子繞組中各有互相定子和轉(zhuǎn)子繞組中各有互相垂直的兩個(gè)繞組，定子上兩個(gè)垂直的兩個(gè)繞組，定子上兩個(gè)繞組分別為正弦繞組繞組分別為正弦繞組U U1s1s、余弦、余弦繞組繞組U U1c1c，轉(zhuǎn)子繞組的一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子繞組的一個(gè)繞組輸出電壓為輸出電壓為U U2 2，另一個(gè)繞組接，另一個(gè)繞組接高阻抗，補(bǔ)償轉(zhuǎn)子對定子的電高阻抗，補(bǔ)償轉(zhuǎn)子對定子的電樞反應(yīng)。樞反應(yīng)。正弦正弦余弦余弦45 U1sU1cR

15、U2轉(zhuǎn)子定子sinsin1tkUem 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式 1 1鑒相工作方式鑒相工作方式 給定子的兩個(gè)繞組通以同幅值、同頻率，相位差給定子的兩個(gè)繞組通以同幅值、同頻率，相位差/2/2的交流激磁電壓的交流激磁電壓U U1s1sU Um msintsintU 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)， U U1s1s、U U1c1c在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)疊加，得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓電壓，經(jīng)疊加，得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U U2 2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電壓：轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)的

16、感應(yīng)電壓：U U2 2kUkUm msintsinsintsinkUkUm mcostcos=kUcostcos=kUm mcoscos（tt）k k電磁耦合系數(shù)，電磁耦合系數(shù)，k k11；相位角，轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。相位角，轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電壓：轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電壓：U U2 2k kU Um mcoscos（tt）（tt） 嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，檢測出（檢測出（tt），可得），可得 ，可得被測軸的角位移。，可得被測軸的角位移。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器2 2鑒幅工作方式鑒幅工作方式 定子正、余弦繞組分別通同頻率、同相位，但幅值分別定子正、余弦繞組分別通同頻率、同相位，但幅值分別為為U

17、 Usmsm和和U Ucmcm的交流激磁電壓的交流激磁電壓 U U1s1sU UsmsmsintsintU U1c1c=U=Ucmcmsint sint 當(dāng)給定電氣角為當(dāng)給定電氣角為時(shí)，交流激磁電壓的時(shí)，交流激磁電壓的幅值幅值分別為分別為 U UsmsmU Um msin sin U UcmcmU Um mcos cos 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)，U U1s1s、U U1c1c經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓經(jīng)疊加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U U2 2為：為：U U2 2kUkUm msinsinsinsint tsinsinkUkUm mcossincossint tcoscos kUkUm mco

18、scos（）sinsint t轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，同理有：，同理有： U U2 2kUkUm mcoscos（）sintsintU U2 2的幅值為的幅值為: :kUkUm mcoscos（）、）、kUkUm mcoscos（）可見，可見， U U2 2的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角變化，變化，測量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角測量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角， 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器主要內(nèi)容 .3 .3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 測量旋轉(zhuǎn)變壓器二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢測量旋轉(zhuǎn)變壓器二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢U U2 2的幅的幅值或相位的變化，可知轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角值或相位的變化，可知轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的變化。的變化。

19、 如果將旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，如果將旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，當(dāng)當(dāng)角從角從0 0變化到變化到360360時(shí)，表示絲杠上的螺母時(shí)，表示絲杠上的螺母走了一個(gè)導(dǎo)程，這樣就間接地測量了絲杠的直線走了一個(gè)導(dǎo)程，這樣就間接地測量了絲杠的直線位移（導(dǎo)程）的大小。位移（導(dǎo)程）的大小。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 當(dāng)測全長時(shí)，由于普通旋轉(zhuǎn)變壓器屬于增量當(dāng)測全長時(shí)，由于普通旋轉(zhuǎn)變壓器屬于增量式測量裝置，如果將其轉(zhuǎn)子直接與絲杠相聯(lián)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)式測量裝置，如果將其轉(zhuǎn)子直接與絲杠相聯(lián)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，僅相當(dāng)于工作臺(tái)一周，僅相當(dāng)于工作臺(tái)1 1個(gè)絲杠導(dǎo)程的直線位移，不能反個(gè)絲杠導(dǎo)程的直線位移，不能反映全行程，因此

20、，要檢測工作臺(tái)的絕對位置，需要加一映全行程，因此，要檢測工作臺(tái)的絕對位置，需要加一臺(tái)臺(tái)絕對位置計(jì)數(shù)器絕對位置計(jì)數(shù)器，累計(jì)所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總，累計(jì)所走的導(dǎo)程數(shù)，折算成位移總長度。長度。 另外，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)另外，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1 1周時(shí)，轉(zhuǎn)子的輸出電壓將隨旋轉(zhuǎn)周時(shí)，轉(zhuǎn)子的輸出電壓將隨旋轉(zhuǎn)變壓器的極數(shù)不同而不止一次地通過零點(diǎn)，必須在線路變壓器的極數(shù)不同而不止一次地通過零點(diǎn)，必須在線路中加中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)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 此外，還可以用此外，還可以用3 3個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器按個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器按1:11:1、10:110:1和和100:1

21、100:1的比例相互配合串接，組成精、中、粗的比例相互配合串接，組成精、中、粗3 3級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器測量裝置。如果轉(zhuǎn)子以半周期直接與絲杠耦合（即器測量裝置。如果轉(zhuǎn)子以半周期直接與絲杠耦合（即“精精”同步），結(jié)果使絲杠位移同步），結(jié)果使絲杠位移10mm10mm，則，則“中中”測旋測旋轉(zhuǎn)變壓器工作范圍為轉(zhuǎn)變壓器工作范圍為100mm100mm，“粗粗”測旋轉(zhuǎn)變壓器的測旋轉(zhuǎn)變壓器的工作范圍為工作范圍為1000mm1000mm。 為了使機(jī)床工作臺(tái)按指令值到達(dá)一定位置，需用電氣為了使機(jī)床工作臺(tái)按指令值到達(dá)一定位置，需用電氣轉(zhuǎn)換電路在實(shí)際值不斷接近指令值的過程中，使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換電路在實(shí)際值不斷接近指令值的

22、過程中，使旋轉(zhuǎn)變壓器從變壓器從“粗粗” 轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到“中中”再轉(zhuǎn)換到再轉(zhuǎn)換到“精精”，最，最終的位置檢測精度由終的位置檢測精度由“精精”旋轉(zhuǎn)變壓器決定。旋轉(zhuǎn)變壓器決定。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器主要內(nèi)容 .4 .4 磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器簡介磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器簡介 普通旋轉(zhuǎn)變壓器普通旋轉(zhuǎn)變壓器：精度為角分級(jí)，：精度為角分級(jí)，應(yīng)用：精度要求不高或大型機(jī)床的粗測和中測。應(yīng)用：精度要求不高或大型機(jī)床的粗測和中測。近年廣泛采用近年廣泛采用磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器：無電刷、滑環(huán)：無電刷、滑環(huán)特點(diǎn)：工作可靠、抗沖擊能力強(qiáng)，連續(xù)高速運(yùn)行、壽特點(diǎn)：工作可靠、抗沖擊能力強(qiáng)，連續(xù)高速運(yùn)行、壽命長，成本

23、低，輸出信號(hào)電平高（命長，成本低，輸出信號(hào)電平高（0.50.51.5V1.5V，最高可，最高可達(dá)達(dá)4V4V），測量精度不如感應(yīng)同步器和光柵，但高于普），測量精度不如感應(yīng)同步器和光柵，但高于普通旋轉(zhuǎn)變壓器，誤差不超過通旋轉(zhuǎn)變壓器，誤差不超過3.53.5角秒，所以在數(shù)控機(jī)床角秒，所以在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用很有前途。上的應(yīng)用很有前途。 應(yīng)用：高精度及各種控制式電氣變速雙通道系統(tǒng)，提應(yīng)用：高精度及各種控制式電氣變速雙通道系統(tǒng)，提高數(shù)控機(jī)床定位精度。高數(shù)控機(jī)床定位精度。 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距，氣隙磁導(dǎo)子齒距，氣隙磁導(dǎo)變化一個(gè)周期；當(dāng)變化一個(gè)周期；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

24、過一周時(shí)，氣隙磁導(dǎo)變化的周氣隙磁導(dǎo)變化的周期數(shù)等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)。期數(shù)等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)。氣隙磁導(dǎo)變化，輸氣隙磁導(dǎo)變化，輸出繞組感應(yīng)電勢變出繞組感應(yīng)電勢變化?；zzzzzzzz通過測輸出電壓幅值的變化得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。通過測輸出電壓幅值的變化得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 .1 .1 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1 1、分類：、分類： 直線式直線式：由定尺、滑尺組成，測直線位移，用于全閉：由定尺、滑尺組成，測直線位移，用于全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。環(huán)伺服系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式：由定子、轉(zhuǎn)子組成，測量角位移，用于半閉環(huán)：由定子、轉(zhuǎn)子組成，測量角位移，用于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同

25、步器1 1直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器38引 線(a)(b)(c)12212211W2片 寬 a2間 隔 b2l1W1a1b1b1l1W1/2a1定尺繞組節(jié)距定尺繞組節(jié)距w w2 22 2（a a2 2+ +b b2 2），），W W2 2222mm2mm滑尺正余弦繞組成滑尺正余弦繞組成W W或或U U形。形。錯(cuò)開錯(cuò)開1 14 4w w2 2 （電角度（電角度/2/2）。）。節(jié)距節(jié)距w w1 12(2(a a1 1+ +b b1 1) )取取w w1 1w w2 2或或w w1 12/32/3 w w2 2正弦繞組余弦繞組)21()412(21nnl 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 定尺和滑尺的定尺和滑

26、尺的基體基體常用厚度為常用厚度為10mm10mm、與床身材料熱膨、與床身材料熱膨脹系數(shù)相近的鋼板或鑄鐵，以減小與機(jī)床的溫度誤差。脹系數(shù)相近的鋼板或鑄鐵，以減小與機(jī)床的溫度誤差。 平面平面繞組繞組為銅箔，常用厚度為為銅箔，常用厚度為0.05mm0.05mm或或0.07mm0.07mm的純銅的純銅箔，用絕緣粘結(jié)劑將銅箔熱壓粘結(jié)在基體上，經(jīng)精密照箔，用絕緣粘結(jié)劑將銅箔熱壓粘結(jié)在基體上，經(jīng)精密照相腐蝕工藝制成所需印刷繞組形式。相腐蝕工藝制成所需印刷繞組形式。 定尺繞組表面定尺繞組表面涂一層耐切削液的清漆涂層作為涂一層耐切削液的清漆涂層作為保護(hù)保護(hù)層層，防止切削液的飛濺。，防止切削液的飛濺。 滑尺繞組表

27、面滑尺繞組表面貼一層帶塑料薄膜的貼一層帶塑料薄膜的絕緣鋁箔絕緣鋁箔，防止，防止因靜電感應(yīng)產(chǎn)生附加容性電勢。因靜電感應(yīng)產(chǎn)生附加容性電勢。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 直線式感應(yīng)同步器有標(biāo)準(zhǔn)式、窄式、帶式和直線式感應(yīng)同步器有標(biāo)準(zhǔn)式、窄式、帶式和3 3重重（速）式等。（速）式等。 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，電磁感應(yīng)強(qiáng)度減：定尺、滑尺寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，電磁感應(yīng)強(qiáng)度減低，比標(biāo)準(zhǔn)式精度低，適用精度較低或機(jī)床上安裝位低，比標(biāo)準(zhǔn)式精度低，適用精度較低或機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工的情況；置窄小且安裝面難于加工的情況； 帶式：帶式：定尺最長可至定

28、尺最長可至3m3m以上，不需接長，可簡化安裝，以上，不需接長，可簡化安裝，定尺隨床身熱變形而變形，但定尺較長，剛性稍差，定尺隨床身熱變形而變形，但定尺較長，剛性稍差，總測量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低；總測量精度比標(biāo)準(zhǔn)式低； 3 3重式：重式：定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對式檢測系統(tǒng)，定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對式檢測系統(tǒng)，特別適用大型機(jī)床。特別適用大型機(jī)床。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器2 2圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器 定子、轉(zhuǎn)子采用不銹鋼、硬鋁合金等材料作定子、轉(zhuǎn)子采用不銹鋼、硬鋁合金等材料作基板基板，呈環(huán)形輻射狀。呈環(huán)形輻射狀。 定子和轉(zhuǎn)子相對的一面均有定子和轉(zhuǎn)子相對的一面均有導(dǎo)電繞組導(dǎo)電繞組，繞組用厚，繞組用厚

29、0.05mm0.05mm的銅箔構(gòu)成。的銅箔構(gòu)成。 基板和繞組之間有基板和繞組之間有絕緣層絕緣層。繞組表面還加有一層與繞。繞組表面還加有一層與繞組絕緣的組絕緣的屏蔽層屏蔽層，材料為鋁箔或鋁膜。，材料為鋁箔或鋁膜。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 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9090電角度）電角度）sinsin繞組、繞組、coscos繞組繞組sincos 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 .2 .2 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； 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

30、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 安裝時(shí)必須保持定尺和滑尺平行、兩平面間的間隙安裝時(shí)必須保持定尺和滑尺平行、兩平面間的間隙約為約為0 025250 005mm05mm，其它安裝要求視具體的產(chǎn)品說明，其它安裝要求視具體的產(chǎn)品說明而定。保證定尺和滑尺在全部工作長度上正常耦合，減而定。保證定尺和滑尺在全部工作長度上正常耦合，減少測量誤差。少測量誤差。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 .3 .3 感應(yīng)同步器工作原理感應(yīng)同步器工作原理 定尺：單向均勻感應(yīng)繞組，繞組節(jié)距定尺：單向均勻感應(yīng)繞組，繞組節(jié)距22，相當(dāng)繞組，相當(dāng)繞組 空間分布的一個(gè)周期空間分布的一個(gè)周期22 滑尺：有兩組激磁

31、繞組，為正、余弦激磁繞組，節(jié)距滑尺：有兩組激磁繞組，為正、余弦激磁繞組，節(jié)距與定尺相同，相互錯(cuò)開與定尺相同，相互錯(cuò)開1/41/4節(jié)距，當(dāng)正弦繞組和定尺節(jié)距，當(dāng)正弦繞組和定尺對準(zhǔn)時(shí)，余弦繞組和定尺相差對準(zhǔn)時(shí)，余弦繞組和定尺相差/2/2的距離，相當(dāng)于的距離，相當(dāng)于/2/2電角度。電角度。正弦繞組余弦繞組滑尺定尺2/2UdUsUc 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器1/41/23/41節(jié)距定尺a點(diǎn)b點(diǎn)c點(diǎn)d點(diǎn)e點(diǎn)滑尺的位置電 磁耦合度感應(yīng)電動(dòng)勢abcde滑尺繞組通以交流激磁電壓滑尺繞組通以交流激磁電壓時(shí)，由電磁感應(yīng)在定尺上感時(shí)，由電磁感應(yīng)在定尺上感應(yīng)出感應(yīng)電壓，應(yīng)出感應(yīng)電壓，滑尺與定尺間產(chǎn)生相對位移滑尺與定尺間產(chǎn)

32、生相對位移時(shí)，電磁耦合的變化使定尺時(shí)，電磁耦合的變化使定尺上感應(yīng)電壓隨位移的變化而上感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。變化。 滑尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距滑尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距, ,感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓變化一個(gè)余弦波形。利用這變化一個(gè)余弦波形。利用這個(gè)感應(yīng)電壓的變化進(jìn)行位置個(gè)感應(yīng)電壓的變化進(jìn)行位置檢測檢測。E最大E=0E=-EaE=0正弦繞組通電，定子產(chǎn)生余弦波的電動(dòng)勢正弦繞組通電，定子產(chǎn)生余弦波的電動(dòng)勢余弦繞組通電，定子產(chǎn)生正弦波的電動(dòng)勢余弦繞組通電，定子產(chǎn)生正弦波的電動(dòng)勢 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器有兩種工作方式：鑒相工作方式和鑒幅感應(yīng)同步器有兩種工作方式：鑒相工作方式和鑒幅工作方式工作方式 1 1鑒相工作方式

33、鑒相工作方式 給滑尺的正弦、余弦繞組分別通同頻率、同幅值，但相給滑尺的正弦、余弦繞組分別通同頻率、同幅值，但相位相差位相差/2/2的交流激磁電壓的交流激磁電壓U Us sU Um msint sint U Uc c=U=Um msinsin（t+/t+/2 2）= =U Um mcostcost 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器若起始時(shí)滑尺的正弦繞組與定尺的感應(yīng)繞組重合，當(dāng)滑若起始時(shí)滑尺的正弦繞組與定尺的感應(yīng)繞組重合，當(dāng)滑尺移動(dòng)尺移動(dòng)x x距離時(shí)，距離時(shí)，滑尺正弦繞組和定尺繞組不重合，滑尺正弦繞組和定尺繞組不重合，在在定尺上的感應(yīng)電壓為定尺上的感應(yīng)電壓為 U Ud1d1k k U Us scoscosk

34、k U Um msintcos sintcos k k電磁耦合系數(shù)；電磁耦合系數(shù)；U Um m激磁電壓幅值；激磁電壓幅值；滑尺繞組相對定尺繞組電氣相位角?；呃@組相對定尺繞組電氣相位角。的大小為的大小為xx22 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器滑尺余弦繞組和定尺繞組相差滑尺余弦繞組和定尺繞組相差l l4 4節(jié)距，節(jié)距，在定尺上的感在定尺上的感應(yīng)電壓為應(yīng)電壓為U Ud2d2kUkUc ccoscos（/2/2）k Uk Um msincost sincost 定尺和滑尺交變磁通經(jīng)氣隙而耦合，應(yīng)用疊加原理得定定尺和滑尺交變磁通經(jīng)氣隙而耦合，應(yīng)用疊加原理得定尺繞組的感應(yīng)電壓尺繞組的感應(yīng)電壓 U Ud d= =

35、U Ud d1 1U Ud d2 2kUkUm msinsin（tt）其中其中可見，可見，U Ud d x，通過測量定尺感應(yīng)電壓相位，通過測量定尺感應(yīng)電壓相位tt ，可得滑尺位移量可得滑尺位移量 x x xx22 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器將將 稱為稱為相移相移位移轉(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 2，則，則 若脈沖當(dāng)量若脈沖當(dāng)量2m/2m/脈沖，則脈沖，則相移相移位移系數(shù)位移系數(shù)為為 xmmx/1801脈沖脈沖/36. 0/180002. 0 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器UmsintUmcost要求輸出要求輸出400Hz 的調(diào)相信號(hào)。的調(diào)相信號(hào)。=1.8/脈沖，則計(jì)數(shù)器的脈沖，則計(jì)數(shù)器

36、的容量應(yīng)為容量應(yīng)為200，觸發(fā)脈沖的頻，觸發(fā)脈沖的頻率應(yīng)為率應(yīng)為80kHz。kUmsin（t2）kUmsin（t1） 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器2 2鑒幅工作方式鑒幅工作方式 給滑尺正、余弦繞組分別通同相位、同頻率、幅值不同給滑尺正、余弦繞組分別通同相位、同頻率、幅值不同的激磁電壓的激磁電壓 U Us sU Usmsmsinsint t U Uc cU Ucmcmsinsint t給定電氣角為給定電氣角為時(shí)，交流激磁電壓時(shí)，交流激磁電壓U Us s 、U Uc c的幅值分別的幅值分別為為 U UsmsmU Um msin sin U UcmcmU Um mcos cos 電氣角。電氣角。 感應(yīng)同步器

37、感應(yīng)同步器根據(jù)疊加原理，可得定尺繞組感應(yīng)電壓根據(jù)疊加原理，可得定尺繞組感應(yīng)電壓U Ud d= U= Us scoscosU Uc csinsinU Um msinsin（）sintsint可見，可見，U Ud d的幅值的幅值U Um msinsin（） ，若已知電氣，若已知電氣角角，則測量出，則測量出U Um msinsin（）可間接求出）可間接求出值，從值，從而求出而求出 x x 的大小。的大小。特別是：當(dāng)特別是：當(dāng)U Ud d0 0時(shí)，時(shí)，因此，逐漸改變，因此，逐漸改變值，值，使使U Ud d0 0，便可求出，便可求出值，從而求出值，從而求出x x。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器令令 很小時(shí)很小時(shí)

38、U Ud d= U= Us scoscosU Uc csinsin U Um msinsin（）sint sint U Um m sintsint將式將式 代入上式代入上式 可見，當(dāng)可見，當(dāng)x x很小時(shí)，很小時(shí)，U Ud d的幅值的幅值 與與x x成正比，可成正比，可通過測量通過測量U Ud d的幅值來測定的幅值來測定x x。)sin(xx22txUUmdsinmU 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器U Ud d x x：每改變一個(gè)每改變一個(gè)x x的位移增量時(shí)，就有電壓的位移增量時(shí)，就有電壓U Ud d 據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對位移增量的高精度細(xì)分?？深A(yù)先設(shè)定據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對位移增量的高精度細(xì)分。可預(yù)先設(shè)定某一門檻電平，當(dāng)

39、某一門檻電平，當(dāng)U Ud d值達(dá)到該門檻電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)值達(dá)到該門檻電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，用該脈沖信號(hào)去控制修改激磁電壓線路，使脈沖信號(hào)，用該脈沖信號(hào)去控制修改激磁電壓線路，使其產(chǎn)生合適的其產(chǎn)生合適的U Us s、U Uc c，使，使U Ud d重新降低到門檻電平以下，重新降低到門檻電平以下，這樣：這樣：位移量位移量x x數(shù)字量數(shù)字量脈沖，實(shí)現(xiàn)了對位移的測脈沖，實(shí)現(xiàn)了對位移的測量。量。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器將指令脈沖與反饋來的實(shí)際脈沖值進(jìn)行比較得將指令脈沖與反饋來的實(shí)際脈沖值進(jìn)行比較得到數(shù)字量位置誤差，后經(jīng)到數(shù)字量位置誤差，后經(jīng)D/A控制伺服機(jī)構(gòu)控制伺服機(jī)構(gòu)辨相辨相產(chǎn)生實(shí)際脈沖產(chǎn)生實(shí)際

40、脈沖跟隨跟隨變化變化 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 .4 .4 感應(yīng)同步器的特點(diǎn)感應(yīng)同步器的特點(diǎn) 1 1精度高精度高 直接對機(jī)床位移進(jìn)行測量，不經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置，測直接對機(jī)床位移進(jìn)行測量，不經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置，測量精度主要取決于尺子的精度。量精度主要取決于尺子的精度。 定尺的節(jié)距誤差有平均自補(bǔ)償作用，定尺上感應(yīng)電定尺的節(jié)距誤差有平均自補(bǔ)償作用，定尺上感應(yīng)電壓信號(hào)有多周期的平均效應(yīng)，降低了繞組局部尺寸制造壓信號(hào)有多周期的平均效應(yīng)，降低了繞組局部尺寸制造誤差的影響，從而達(dá)到較高的測量精度。誤差的影響，從而達(dá)到較高的測量精度。測量長度不受限制測量長度不受限制 可采用多塊定尺接長，增大測量尺寸，行程為幾米可采用多塊

41、定尺接長，增大測量尺寸，行程為幾米到幾十米，可實(shí)現(xiàn)中型、大型機(jī)床工作臺(tái)位移的直線測到幾十米，可實(shí)現(xiàn)中型、大型機(jī)床工作臺(tái)位移的直線測量量 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器工作可靠、抗干擾性強(qiáng)工作可靠、抗干擾性強(qiáng) 感應(yīng)同步器金屬基板和床身鑄鐵的熱脹系數(shù)相近，感應(yīng)同步器金屬基板和床身鑄鐵的熱脹系數(shù)相近，當(dāng)溫度變化時(shí)，兩者的變化規(guī)律相同，還能獲得較高的當(dāng)溫度變化時(shí)，兩者的變化規(guī)律相同，還能獲得較高的重復(fù)精度；重復(fù)精度； 圓感應(yīng)同步器的基板受熱后各方向的熱漲量對稱于圓圓感應(yīng)同步器的基板受熱后各方向的熱漲量對稱于圓心，不影響測量精度。心，不影響測量精度。 感應(yīng)同步器是非接觸式的空間耦合器件，所以對尺感應(yīng)同步器是非接觸

42、式的空間耦合器件，所以對尺面防護(hù)要求低，可選擇耐溫性能良好的非導(dǎo)磁性涂料作面防護(hù)要求低，可選擇耐溫性能良好的非導(dǎo)磁性涂料作保護(hù)層，加強(qiáng)感應(yīng)同步器的抗溫防濕能力。保護(hù)層，加強(qiáng)感應(yīng)同步器的抗溫防濕能力。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器維護(hù)簡單、壽命長維護(hù)簡單、壽命長 定尺和滑尺不接觸，無摩擦、磨損，使用壽命很長。定尺和滑尺不接觸，無摩擦、磨損，使用壽命很長。 加防護(hù)罩，防止切屑進(jìn)入定、滑尺之間滑傷導(dǎo)片及加防護(hù)罩，防止切屑進(jìn)入定、滑尺之間滑傷導(dǎo)片及防止灰塵、油污及沖擊振動(dòng)。防止灰塵、油污及沖擊振動(dòng)。 是電磁耦合器件，不需光源、光電元件，不存在元是電磁耦合器件，不需光源、光電元件，不存在元件老化及光學(xué)系統(tǒng)故障等

43、問題。件老化及光學(xué)系統(tǒng)故障等問題?？箶_能力強(qiáng)、工藝性好、成本較低，便于復(fù)制和成抗擾能力強(qiáng)、工藝性好、成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。批生產(chǎn)。輸出信號(hào)比較微弱，需要放大倍數(shù)較高的前置放大輸出信號(hào)比較微弱，需要放大倍數(shù)較高的前置放大器。器。 光光 柵柵定義：定義：利用光的透射、衍射制成的光電檢測元件利用光的透射、衍射制成的光電檢測元件組成：組成： 標(biāo)尺光柵：固定在機(jī)床活動(dòng)件上標(biāo)尺光柵：固定在機(jī)床活動(dòng)件上 光柵讀數(shù)頭：裝在機(jī)床固定件上光柵讀數(shù)頭：裝在機(jī)床固定件上工作臺(tái)移動(dòng)，產(chǎn)生相對位移工作臺(tái)移動(dòng)，產(chǎn)生相對位移標(biāo)尺光柵尺身安裝孔 掃描頭 （與移動(dòng)部件固定）可移動(dòng)電纜光柵 光光 柵柵通常意義上講，光柵按用

44、途分有兩大類：通常意義上講，光柵按用途分有兩大類： 物理光柵（衍射光柵）：刻線細(xì)密，線紋密度物理光柵（衍射光柵）：刻線細(xì)密，線紋密度200200500500條條/ /，線紋相互平行且距離相等（柵距）。柵距，線紋相互平行且距離相等（柵距）。柵距0.0020.0020.0050.005，主要是利用光的衍射原理用于光譜，主要是利用光的衍射原理用于光譜分析和光波波長的測定。分析和光波波長的測定。 計(jì)量光柵：刻線稍粗，線紋密度計(jì)量光柵：刻線稍粗，線紋密度2525條條/ /、5050條條/ /、100100條條/ /、250250條條/ /等，即柵距為等，即柵距為0.0040.0040.250.25，主要

45、是利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)。 這里所討論的光柵是指計(jì)量光柵這里所討論的光柵是指計(jì)量光柵。 光光 柵柵 計(jì)量光柵：高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測裝置，用于閉計(jì)量光柵：高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測裝置，用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，可測量位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率高（環(huán)控制系統(tǒng)，可測量位移和轉(zhuǎn)角。讀數(shù)速率高（0 0 數(shù)數(shù)十萬次十萬次/ /每秒）非常適用動(dòng)態(tài)測量。每秒）非常適用動(dòng)態(tài)測量。一、光柵的種類與精度一、光柵的種類與精度 按形狀：長光柵（直線光柵）、圓光柵。長光柵檢測按形狀：長光柵（直線光柵）、圓光柵。長光柵檢測線位移，圓光柵測量角位移線位移，圓光柵

46、測量角位移 按制作原理：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。按制作原理：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。 光光 柵柵 .1 .1 光柵的種類與精度光柵的種類與精度長光柵長光柵（1 1）玻璃透射光柵玻璃透射光柵是在玻璃的表面上用真空鍍膜法鍍一是在玻璃的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，用層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，用照相腐蝕照相腐蝕法法制成透明與不透明間隔相等的線紋。特點(diǎn)：制成透明與不透明間隔相等的線紋。特點(diǎn)：1 1）光源可采用垂直入射，光電元件可直接接受光信號(hào)，）光源可采用垂直入射，光電元件可直接接受光信號(hào)， 因此信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)比較簡單；因此信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)比

47、較簡單；2 2）每毫米上線紋數(shù)多，一般為）每毫米上線紋數(shù)多，一般為100100、125125、250250條條/mm/mm，再，再經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級(jí)的分辨率。經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級(jí)的分辨率。 光光 柵柵（2 2）金屬反射光柵金屬反射光柵是在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐是在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或用鉆石刀直接刻劃制成的光柵線紋；常用的線紋蝕法或用鉆石刀直接刻劃制成的光柵線紋；常用的線紋數(shù)為數(shù)為4 4、1010、2525、4040、5050條條/mm/mm ，分辨率低。，分辨率低。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)很容易做到與機(jī)床材料一致；）標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)很容易做

48、到與機(jī)床材料一致；2 2）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整比較方便；）標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整比較方便；3 3）安裝面積較?。唬┌惭b面積較?。? 4）易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；）易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；5 5）不易碰碎。）不易碰碎。 光光 柵柵圓光柵圓光柵 在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間條紋，條紋呈在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間條紋，條紋呈輻射狀，相互間夾角（柵距角）相等。不同的使用要求輻射狀，相互間夾角（柵距角）相等。不同的使用要求在圓周內(nèi)的線紋數(shù)不相同。一般有在圓周內(nèi)的線紋數(shù)不相同。一般有3 3種形式：種形式：（1 1）六十進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：）六十進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：1

49、0 80010 800，21 21 600600，32 40032 400，64 80064 800等；等；（2 2）十進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：）十進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：10001000，25002500，50005000等；等；（3 3）二進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：）二進(jìn)制，如圓周內(nèi)的線紋數(shù)為：512512，10241024，20482048等。等。一個(gè)一個(gè)圓形圓形被均分成被均分成360360度，度，每一度有每一度有6060角分，一角分等于角分，一角分等于6060角秒角秒 光光 柵柵計(jì)量光柵的精度計(jì)量光柵的精度 取決于光柵尺本身的制造精度，即計(jì)量光柵任意兩點(diǎn)取決于光柵尺本身的制造精度，

50、即計(jì)量光柵任意兩點(diǎn)間的誤差。間的誤差。 激光技術(shù)的發(fā)展使光柵制作精度得到很大提高，可達(dá)激光技術(shù)的發(fā)展使光柵制作精度得到很大提高，可達(dá)微米級(jí)，再通過細(xì)分電路可達(dá)微米級(jí)，再通過細(xì)分電路可達(dá)0.1m0.1m、甚至更高，如、甚至更高，如0.025m0.025m。 光柵檢測系統(tǒng)的工作原理基于光柵檢測系統(tǒng)的工作原理基于莫爾條紋莫爾條紋的形成原理的形成原理莫爾條紋是由若干光柵線紋干涉形成的莫爾條紋是由若干光柵線紋干涉形成的. . 各種光柵中以玻璃衍射光柵的精度為最高各種光柵中以玻璃衍射光柵的精度為最高 光光 柵柵 .2 .2 光柵結(jié)構(gòu)與測量原理光柵結(jié)構(gòu)與測量原理1.1.光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu) 標(biāo)尺光柵、指示光

51、柵上均勻刻有條紋，不透光寬度標(biāo)尺光柵、指示光柵上均勻刻有條紋，不透光寬度（縫隙寬度）（縫隙寬度）a a，透光寬度（刻線寬度），透光寬度（刻線寬度）b b，設(shè)柵距為，設(shè)柵距為d d，d da+ba+b。通常。通常a=ba=b。安裝時(shí)嚴(yán)格要保證標(biāo)尺光柵和指示。安裝時(shí)嚴(yán)格要保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及兩者間隙（一般光柵的平行度及兩者間隙（一般0.050.05或或0.10.1）ab標(biāo)尺光柵指示光柵d 光光 柵柵2 2）光柵讀數(shù)頭）光柵讀數(shù)頭SPL2G2G1L1Q作用：將莫爾條紋的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。作用：將莫爾條紋的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。結(jié)構(gòu)分類：分光讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)分

52、類：分光讀數(shù)頭、垂直入射讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭垂直入射讀數(shù)頭垂直入射讀數(shù)頭L1G1G2L2PQ分光讀數(shù)頭分光讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭反射讀數(shù)頭 光光 柵柵 上述光柵用于上述光柵用于增量式測量增量式測量，有的光柵讀數(shù)頭設(shè)有，有的光柵讀數(shù)頭設(shè)有個(gè)個(gè)絕對零點(diǎn)，當(dāng)停電或其他原因記錯(cuò)數(shù)字時(shí)，可重新對絕對零點(diǎn)，當(dāng)停電或其他原因記錯(cuò)數(shù)字時(shí)，可重新對零（方法：在兩光柵上分別有一小段光柵，這兩小段零（方法：在兩光柵上分別有一小段光柵，這兩小段光柵重合時(shí)發(fā)出光柵重合時(shí)發(fā)出零位信號(hào)零位信號(hào)） 光柵采用與機(jī)床材料膨脹系數(shù)接近的光柵采用與機(jī)床材料膨脹系數(shù)接近的K8K8等玻璃材料，等玻璃材料，測量精度較高的光柵在恒溫場所或進(jìn)行密封使

53、用。測量精度較高的光柵在恒溫場所或進(jìn)行密封使用。 用直線光柵測量時(shí)標(biāo)尺光柵與行程等長，通常光柵長用直線光柵測量時(shí)標(biāo)尺光柵與行程等長，通常光柵長度為度為1m1m。行程大于。行程大于1m1m時(shí)，需要將光柵接長時(shí)，需要將光柵接長 光光 柵柵2 2 光柵的基本測量原理光柵的基本測量原理莫爾條紋莫爾條紋橫向透光亮帶橫向暗帶wd均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng) 光光 柵柵通過讀出移動(dòng)的通過讀出移動(dòng)的莫爾條紋條數(shù)，莫爾條紋條數(shù)，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移計(jì)算出運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移。橫向透光亮帶橫向暗帶柵距柵距 光光 柵柵莫爾條紋特性：莫爾條紋特性：（1 1）光學(xué)放大作用）光學(xué)放大作用標(biāo)尺光柵指

54、示光柵dw/22cos2sin222dddwtg放大比放大比k為為 ：1dwk若若d d=0.01mm=0.01mm，0.01rad0.01rad，則，則w w1mm1mm，k k100100 222cosxxtgwwdx 光光 柵柵（2 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 3）莫爾條紋移動(dòng)與柵距移動(dòng)成比例）莫爾條紋移動(dòng)與柵距移動(dòng)成比例 光柵移動(dòng)一個(gè)柵距光柵移動(dòng)一個(gè)柵距d d 莫爾條紋沿垂直方向移動(dòng)一莫爾條紋沿垂直方向移動(dòng)一個(gè)間距個(gè)間距w w 若光柵

55、移動(dòng)方向相反，莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。若光柵移動(dòng)方向相反，莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。 光光 柵柵 .3 .3 光柵測量系統(tǒng)光柵測量系統(tǒng) 光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào)光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào) 標(biāo)尺光柵移動(dòng)過程中，莫爾條紋交替出現(xiàn)標(biāo)尺光柵移動(dòng)過程中，莫爾條紋交替出現(xiàn)由亮帶到暗帶、暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似由亮帶到暗帶、暗帶到亮帶，光強(qiáng)度分布近似余弦曲線，光電元件接收到的光通量忽大忽小，余弦曲線，光電元件接收到的光通量忽大忽小，產(chǎn)生近似正弦曲線的電壓信號(hào)產(chǎn)生近似正弦曲線的電壓信號(hào) 光光 柵柵四倍頻細(xì)分四倍頻細(xì)分 光光 柵柵 鑒向倍頻裝置鑒向倍頻裝置d 光光 柵柵鑒向倍頻電路作用鑒向倍頻電路作用:

56、: 辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨率。辨向、細(xì)分，提高光柵的分辨率。四倍頻細(xì)分四倍頻細(xì)分： 就是從一個(gè)莫爾條紋之產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)，變成為就是從一個(gè)莫爾條紋之產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)，變成為0 0、9090、180180、270270都有脈沖輸出，一個(gè)周期內(nèi)都有脈沖輸出，一個(gè)周期內(nèi)送出送出4 4個(gè)脈沖。分辨率提高個(gè)脈沖。分辨率提高4 4倍。倍。 分辨率取決于光柵柵距分辨率取決于光柵柵距d d和鑒向倍頻的倍數(shù)和鑒向倍頻的倍數(shù)n n，即：，即：分辨率分辨率d d/ /n n。 例：光柵線紋密度例：光柵線紋密度5050條條/mm/mm（柵距（柵距20m20m），經(jīng)），經(jīng)4 4倍倍頻處理后，線紋密度提高到頻處理

57、后，線紋密度提高到200200條條/mm/mm，工作臺(tái)每移動(dòng)，工作臺(tái)每移動(dòng)5m5m送出一個(gè)脈沖，即分辨率為送出一個(gè)脈沖，即分辨率為5m5m，提高，提高4 4倍。倍。 光光 柵柵光柵在數(shù)控車床上的安裝位置光柵在數(shù)控車床上的安裝位置 光光 柵柵光柵在數(shù)控鏜銑床上的安裝位置光柵在數(shù)控鏜銑床上的安裝位置 磁磁 柵柵 磁柵（磁尺）：磁柵（磁尺）：用電磁方法計(jì)算磁波數(shù)目的一種位用電磁方法計(jì)算磁波數(shù)目的一種位置檢測元件置檢測元件。用于線和角位移測量。與感應(yīng)同步器、光。用于線和角位移測量。與感應(yīng)同步器、光柵相比，測量精度略低。柵相比，測量精度略低。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1制作簡單，安裝、調(diào)整方便，成本低。錄制完的

58、磁化制作簡單，安裝、調(diào)整方便，成本低。錄制完的磁化信號(hào)，可抹去重錄?？砂惭b在機(jī)床上再錄磁，避免安信號(hào)，可抹去重錄。可安裝在機(jī)床上再錄磁，避免安裝誤差。裝誤差。2 2長度可任意選擇，亦可錄制任意節(jié)距的磁信號(hào)。長度可任意選擇，亦可錄制任意節(jié)距的磁信號(hào)。3 3對使用環(huán)境要求低。在油污、粉塵較多的環(huán)境中應(yīng)用，對使用環(huán)境要求低。在油污、粉塵較多的環(huán)境中應(yīng)用，具有較好的穩(wěn)定性。具有較好的穩(wěn)定性。 磁磁 柵柵 .1 .1 磁柵的工作原理與結(jié)構(gòu)磁柵的工作原理與結(jié)構(gòu)組成：組成： 磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測電路。磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測電路。工作原理：工作原理： 用錄磁磁頭將相等節(jié)距（常為用錄磁磁頭將相等節(jié)距（常為20m

59、20m 或或50m50m）周）周期變化的電信號(hào)記錄到磁性標(biāo)尺上，作為測量位移量的期變化的電信號(hào)記錄到磁性標(biāo)尺上，作為測量位移量的基準(zhǔn)尺?；鶞?zhǔn)尺。 磁磁 柵柵磁性標(biāo)尺磁頭檢測電路伺服系統(tǒng)數(shù)字顯示連接電纜1 1）磁性標(biāo)尺的等節(jié)距錄磁的精度要求很高）磁性標(biāo)尺的等節(jié)距錄磁的精度要求很高 2 2）磁頭采用磁通響應(yīng)型磁頭（靜態(tài)磁頭）磁頭采用磁通響應(yīng)型磁頭（靜態(tài)磁頭）檢測時(shí)，用拾磁磁頭讀取記錄在磁性標(biāo)檢測時(shí)，用拾磁磁頭讀取記錄在磁性標(biāo)尺上的磁信號(hào)，通過檢測電路將位移量尺上的磁信號(hào)，通過檢測電路將位移量用數(shù)字顯示出來或送至位置控制系統(tǒng)用數(shù)字顯示出來或送至位置控制系統(tǒng) 磁磁 柵柵1 1磁性標(biāo)尺磁性標(biāo)尺 非導(dǎo)磁材

60、料非導(dǎo)磁材料基體（銅、不銹鋼或合金材料）上，用涂基體（銅、不銹鋼或合金材料）上，用涂敷、化學(xué)沉積或電鍍鍍一層敷、化學(xué)沉積或電鍍鍍一層101030m30m厚的高導(dǎo)磁材料，厚的高導(dǎo)磁材料，形成均勻磁性膜。形成均勻磁性膜。 使用錄磁磁頭使磁膜磁化成節(jié)距（使用錄磁磁頭使磁膜磁化成節(jié)距（0.050.05、0.100.10、0.200.20、1.01.0等）相等的周期變化磁化信號(hào)（脈沖、正等）相等的周期變化磁化信號(hào)（脈沖、正弦波或飽和磁波），作為測量基準(zhǔn)。弦波或飽和磁波），作為測量基準(zhǔn)。 在磁尺表面涂一層在磁尺表面涂一層1 12m2m厚的耐磨塑料保護(hù)層，防厚的耐磨塑料保護(hù)層，防磁頭與磁尺頻繁接觸、導(dǎo)致磁膜