6--機(jī)床數(shù)控技術(shù)-第6章--數(shù)控反饋測(cè)量元件-jin2

1、機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù) 目目 錄錄第第1章章 緒緒 論論第第2章章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)第第3章章 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體布局?jǐn)?shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與總體布局第第4章章 數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件第第5章章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)第第6章章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置第第7章章 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)第第8章章 數(shù)控機(jī)床的刀具與工作交換裝置數(shù)控機(jī)床的刀具與工作交換裝置第第9章章 數(shù)控加工編程數(shù)控加工編程本章知識(shí)要點(diǎn)本章知識(shí)要點(diǎn)1. 1.位置檢測(cè)裝置的要求和分類；位置檢測(cè)裝置的要求和分類；2. 2.編碼器的分類、工作原理及應(yīng)用；

2、編碼器的分類、工作原理及應(yīng)用；3. 3.旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理；旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理；4. 4.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及使用特點(diǎn)；感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)、分類、工作原理及使用特點(diǎn)；5. 5.光柵的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及使用特點(diǎn)；光柵的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及使用特點(diǎn)；6. 6.磁柵的結(jié)構(gòu)及工作原理。磁柵的結(jié)構(gòu)及工作原理。6.1 位置測(cè)量裝置概述6.2 編碼器6.3 旋轉(zhuǎn)變壓器6.4 感應(yīng)同步器6.5 光柵6.6 磁柵6.1 位置測(cè)量裝置概述 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的位置控制位置控制是將插補(bǔ)計(jì)算的指令位置與是將插補(bǔ)計(jì)算的指令位置與實(shí)際反饋位置比較，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)。實(shí)際反饋位置比較

3、，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)。 位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分。其分。其作用作用是檢測(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)至數(shù)是檢測(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)至數(shù)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)和半閉環(huán)控制，數(shù)控機(jī)控裝置，構(gòu)成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)和半閉環(huán)控制，數(shù)控機(jī)床的床的加工精度加工精度主要由主要由檢測(cè)系統(tǒng)的精度檢測(cè)系統(tǒng)的精度決定。決定。6.1 位置測(cè)量裝置概述 數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求6.1.1位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.26.1 6.1 位置測(cè)量裝置概述位置測(cè)量裝置概述數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求6.1

4、.11 1工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；2 2滿足測(cè)量精度、檢測(cè)速度和測(cè)量范圍的要求；滿足測(cè)量精度、檢測(cè)速度和測(cè)量范圍的要求；3 3易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4 4易于安裝，使用維護(hù)方便；易于安裝，使用維護(hù)方便；5 5成本低。成本低。數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求有如下幾個(gè)方面：數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的主要要求有如下幾個(gè)方面：6.1 6.1 位置測(cè)量裝置概述位置測(cè)量裝置概述位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.2表表6-1 位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類類型數(shù)字式模擬式增量式絕對(duì)式增量式絕對(duì)式回轉(zhuǎn)型增量式脈沖編碼

5、器、圓光柵絕對(duì)式脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓磁柵多極旋轉(zhuǎn)變壓器三速圓感應(yīng)同步器直線型計(jì)量光柵、激光干涉儀多通道透射光柵、編碼尺直線感應(yīng)同步器、磁柵三速直線感應(yīng)同步器、絕對(duì)值式磁柵位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.21 1、按測(cè)量對(duì)象不同分類、按測(cè)量對(duì)象不同分類位移檢測(cè)裝置位移檢測(cè)裝置: :脈沖編碼器、光柵脈沖編碼器、光柵 速度檢測(cè)裝置：測(cè)速發(fā)電機(jī)速度檢測(cè)裝置：測(cè)速發(fā)電機(jī)2 2、按安裝位置不同分類、按安裝位置不同分類直接測(cè)量直接測(cè)量: :將檢測(cè)裝置安裝在執(zhí)行部件上將檢測(cè)裝置安裝在執(zhí)行部件上 間接測(cè)量間接測(cè)量: :將檢測(cè)元件安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上將檢測(cè)元件安裝在滾珠絲杠或驅(qū)

6、動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上(1)(1)直接測(cè)量直接測(cè)量 將直線型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，直接測(cè)量工作臺(tái)將直線型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，構(gòu)成位的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，構(gòu)成位置閉環(huán)控制。置閉環(huán)控制。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)缺點(diǎn)是測(cè)量裝置是測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)，在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)，在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。(2)(2) 間接測(cè)量間接測(cè)量 將旋轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通將旋轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接

7、測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的直線位移，過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方便、無(wú)長(zhǎng)度限制。是測(cè)量方便、無(wú)長(zhǎng)度限制。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)中增加是測(cè)量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。量精度。位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.2位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.23 3、按測(cè)量方法不同分類、按測(cè)量方法不同分類增量式測(cè)量增量式測(cè)量絕對(duì)式測(cè)量絕對(duì)式測(cè)量絕對(duì)式測(cè)量：對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均

8、由固定的零絕對(duì)式測(cè)量：對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起。每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值。點(diǎn)標(biāo)起。每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值。特點(diǎn)：裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜特點(diǎn)：裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜增量式測(cè)量：只測(cè)量相對(duì)位移量。增量式測(cè)量：只測(cè)量相對(duì)位移量。移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位就移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位就發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)。發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)。位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.2優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 裝置簡(jiǎn)單，任何一個(gè)點(diǎn)都可作為測(cè)量的起點(diǎn)。在輪廓裝置簡(jiǎn)單，任何一個(gè)點(diǎn)都可作為測(cè)量的起點(diǎn)。在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床上大都采用這種方式?？刂频臄?shù)控機(jī)床上大都采用這種方式。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 在增量式檢測(cè)系統(tǒng)中，

9、移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)讀出，在增量式檢測(cè)系統(tǒng)中，移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)讀出，一旦計(jì)數(shù)有誤，以后的測(cè)量結(jié)果則完全錯(cuò)誤。如出某種事一旦計(jì)數(shù)有誤，以后的測(cè)量結(jié)果則完全錯(cuò)誤。如出某種事故，無(wú)法恢復(fù)。故，無(wú)法恢復(fù)。位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.24 4、按檢測(cè)信號(hào)不同分類、按檢測(cè)信號(hào)不同分類數(shù)字式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量：模擬式測(cè)量是將被測(cè)量用連續(xù)變量來(lái)表示。模擬式測(cè)量：模擬式測(cè)量是將被測(cè)量用連續(xù)變量來(lái)表示。 如電壓變化、相位變化等。數(shù)控機(jī)床所用模擬式測(cè)量如電壓變化、相位變化等。數(shù)控機(jī)床所用模擬式測(cè)量主要用于小量程的測(cè)量，如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距（主要用于小量程的測(cè)量，如感應(yīng)同步

10、器的一個(gè)線距（2mm2mm）內(nèi)的信號(hào)相位變化等。內(nèi)的信號(hào)相位變化等。特點(diǎn)特點(diǎn)： 直接測(cè)量被測(cè)的量，無(wú)需變換；直接測(cè)量被測(cè)的量，無(wú)需變換； 在小量程內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量，技術(shù)成熟。在小量程內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量，技術(shù)成熟。位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類位置檢測(cè)裝置分類6.1.2數(shù)字式測(cè)量：被測(cè)的量以數(shù)字的形式來(lái)表示。數(shù)字式測(cè)量：被測(cè)的量以數(shù)字的形式來(lái)表示。 測(cè)量信號(hào)為電脈沖，可以直接把它們送入數(shù)控裝置測(cè)量信號(hào)為電脈沖，可以直接把它們送入數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。進(jìn)行比較、處理。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 被測(cè)的量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理；被測(cè)的量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理； 測(cè)量精度取

11、決于測(cè)量單位，和量程基本無(wú)關(guān)；測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，和量程基本無(wú)關(guān)； 測(cè)量裝置比較簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力較強(qiáng)。測(cè)量裝置比較簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力較強(qiáng)。6.2 6.2 編碼器編碼器 絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1增量式編碼器增量式編碼器6.2.2 編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用用6.2.36.2 6.2 編碼器編碼器 編碼器又稱碼盤(pán)，是一種編碼器又稱碼盤(pán)，是一種旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件，通常裝在被，通常裝在被測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成增測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。根據(jù)編碼器的編碼方式可量脈

12、沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。根據(jù)編碼器的編碼方式可分為分為絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器和和脈沖增量式編碼器脈沖增量式編碼器；根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢；根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式可分為測(cè)方式可分為接觸式接觸式、光電式光電式和和電磁式電磁式三種。三種。絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1 絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器是一種直接編碼的檢測(cè)元件，它通過(guò)讀取是一種直接編碼的檢測(cè)元件，它通過(guò)讀取碼盤(pán)上的圖案來(lái)表示軸的碼盤(pán)上的圖案來(lái)表示軸的絕對(duì)位置絕對(duì)位置，沒(méi)有累積誤差，可直接，沒(méi)有累積誤差，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)角度位置均有表把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)，且每一個(gè)角度位置均有表示該位置的唯一對(duì)應(yīng)的代碼，因此

13、這種測(cè)量方式即使斷電或示該位置的唯一對(duì)應(yīng)的代碼，因此這種測(cè)量方式即使斷電或切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。切斷電源，也能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 絕對(duì)式編碼器按照結(jié)構(gòu)原理可以分為絕對(duì)式編碼器按照結(jié)構(gòu)原理可以分為接觸式接觸式、光電式光電式和和電磁式電磁式三類。三類。絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1如圖所示，絕如圖所示，絕對(duì)式編碼器由對(duì)式編碼器由唯一對(duì)應(yīng)的代唯一對(duì)應(yīng)的代碼表示軸所處碼表示軸所處的角度位置，的角度位置，代碼可以是二代碼可以是二進(jìn)制也可以是進(jìn)制也可以是其他的形式。其他的形式。絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1n2360n n位編碼盤(pán)，分辨位編碼盤(pán)，分辨角角當(dāng)碼道為十八條當(dāng)碼道為十八條 =0.001

14、4=0.0014 目前接觸式碼盤(pán)一般可以做到目前接觸式碼盤(pán)一般可以做到9 9位二進(jìn)制，光電式碼盤(pán)可以做到位二進(jìn)制，光電式碼盤(pán)可以做到1818位二進(jìn)制。位二進(jìn)制。-+E000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000120000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111122232120212223絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1用二進(jìn)制代碼做的碼盤(pán)，如果用二進(jìn)制代碼做的碼盤(pán)，如果電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位，

15、而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤刷錯(cuò)位，而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。如圖，當(dāng)電刷由位置差。如圖，當(dāng)電刷由位置01110111向向10001000過(guò)渡時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)從過(guò)渡時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)從8 8（10001000）到）到1515（11111111）之間）之間的讀數(shù)誤差，一般稱這種誤差的讀數(shù)誤差，一般稱這種誤差為為非單值性誤差非單值性誤差。為消除這種。為消除這種誤差，可采用格雷碼盤(pán)。誤差，可采用格雷碼盤(pán)。 -+E000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000120000000010010001101000101011001111000100

16、110101011110011011110111122232120212223特點(diǎn)特點(diǎn)：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）特點(diǎn)：特點(diǎn)：任何兩個(gè)編碼之間只有一位是變化的，因而可把任何兩個(gè)編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無(wú)直接規(guī)律。誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無(wú)直接規(guī)律。-+E000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000

17、120000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111122232120212223-+E000010001001101110101110111111011100010001010111011000100011000120000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111122232120212223格雷碼格雷碼二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1格雷碼的編碼方法格雷碼的編碼方法 它是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換規(guī)則為：它是從二進(jìn)

18、制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換規(guī)則為： 將二進(jìn)制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼作不將二進(jìn)制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼作不 進(jìn)位加法，得出的結(jié)果即為格雷碼進(jìn)位加法，得出的結(jié)果即為格雷碼( (循環(huán)碼循環(huán)碼) )。 例題：例題： 將二進(jìn)制碼將二進(jìn)制碼01010101轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的格雷碼：轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的格雷碼： （雷格碼）（右移一位并舍去末位（二進(jìn)制碼）01110100101絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器6.2.1 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)是是簡(jiǎn)單、體積小、輸出信號(hào)簡(jiǎn)單、體積小、輸出信號(hào)強(qiáng)強(qiáng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是電刷磨損造成壽命降低，轉(zhuǎn)速不能太高（每分電刷磨損造成壽命降低，轉(zhuǎn)速不能太高（每分鐘

19、幾十轉(zhuǎn)），精度受外圈（最低位）碼道寬度限制鐘幾十轉(zhuǎn)），精度受外圈（最低位）碼道寬度限制，因此，因此使用范圍有限。使用范圍有限。增量式編碼器增量式編碼器6.2.2 增量式編碼器俗稱增量式編碼器俗稱脈沖編碼器脈沖編碼器，它能把被測(cè)軸的機(jī)，它能把被測(cè)軸的機(jī)械角變成脈沖信號(hào)，是數(shù)控機(jī)床上使用很廣泛的位置檢械角變成脈沖信號(hào)，是數(shù)控機(jī)床上使用很廣泛的位置檢測(cè)元件，此外它也作為速度檢測(cè)元件用于轉(zhuǎn)速檢測(cè)。增測(cè)元件，此外它也作為速度檢測(cè)元件用于轉(zhuǎn)速檢測(cè)。增量式編碼器也分為量式編碼器也分為接觸式接觸式、光電式光電式和和電磁式電磁式三類。三類。 從精度和可靠性來(lái)看，從精度和可靠性來(lái)看，光電式光電式優(yōu)于其他兩種。優(yōu)于

20、其他兩種。它的它的型號(hào)是用脈沖數(shù)型號(hào)是用脈沖數(shù)/ /轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)（p/rp/r）來(lái)區(qū)分，數(shù)控機(jī)床常用）來(lái)區(qū)分，數(shù)控機(jī)床常用20002000、25002500、3000p/r3000p/r等，現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā)等，現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā)1010萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)個(gè)萬(wàn)乃至幾百萬(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)?？梢杂糜谒俣葯z測(cè)。增量式編碼器增量式編碼器6.2.2 1 1光源；光源；22透鏡；透鏡；33光欄板；光欄板；44光電碼盤(pán)；光電碼盤(pán)；55光電元件；光電元件；66參考標(biāo)記參考標(biāo)記 增量式光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)原理示意圖增量式光電脈沖編碼器結(jié)

21、構(gòu)原理示意圖碼盤(pán)與工作軸連在一起碼盤(pán)與工作軸連在一起 ，碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙就發(fā)生一次光線，碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙就發(fā)生一次光線的明暗變化，光電元件把通過(guò)碼盤(pán)和光欄板射來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)轉(zhuǎn)換的明暗變化，光電元件把通過(guò)碼盤(pán)和光欄板射來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為近似正弦波的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形、放大、和微分處理后，輸出脈沖信號(hào)。為近似正弦波的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形、放大、和微分處理后，輸出脈沖信號(hào)。通過(guò)記錄通過(guò)記錄脈沖的數(shù)目脈沖的數(shù)目，就可測(cè)出，就可測(cè)出轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角；記錄；記錄脈沖的頻率脈沖的頻率，就可測(cè)出，就可測(cè)出轉(zhuǎn)軸速轉(zhuǎn)軸速度度；測(cè)量；測(cè)量A A組與組與B B組信號(hào)組信號(hào)相位的超前或滯后相位的超前

22、或滯后確定被測(cè)軸的確定被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向。 增量式編碼器增量式編碼器6.2.2 為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，光欄板的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開(kāi)為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，光欄板的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開(kāi)1/41/4節(jié)距，使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差節(jié)距，使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差90900 0。如圖所示，。如圖所示，A A、B B信號(hào)為具有信號(hào)為具有90900 0相位差的正弦波，經(jīng)放大和整形變?yōu)橄辔徊畹恼也?，?jīng)放大和整形變?yōu)榉讲ǚ讲ˋ A1 1、B B1 1。 設(shè)設(shè)A A相比相比B B相超前時(shí)為正相超前時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則方向旋轉(zhuǎn)，則B B相超前相超前A A相相就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用A A相相與與

23、B B相的相位關(guān)系可以判別相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向。 6.2 6.2 編碼器編碼器增量式編碼器增量式編碼器6.2.2 光電增量式編碼器的光電增量式編碼器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有接觸磨損，碼盤(pán)壽命是沒(méi)有接觸磨損，碼盤(pán)壽命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，而且最外圈每片寬度可做得很小，因而長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高，而且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)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用6.2.31 1位移測(cè)量；位移測(cè)量； 根據(jù)脈沖的數(shù)量、傳動(dòng)比及滾珠絲杠螺距即可得出移根據(jù)脈沖的數(shù)量、傳動(dòng)比及滾珠絲杠螺距即可得出移動(dòng)部件的線

24、位移。動(dòng)部件的線位移。 如某帶光電編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)（傳如某帶光電編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)（傳動(dòng)比動(dòng)比1:1），光電編碼器），光電編碼器1024脈沖脈沖/轉(zhuǎn)，絲杠螺距轉(zhuǎn)，絲杠螺距8mm，在，在數(shù)控系統(tǒng)伺服中斷時(shí)間內(nèi)計(jì)脈沖數(shù)控系統(tǒng)伺服中斷時(shí)間內(nèi)計(jì)脈沖1024個(gè)脈沖，則在該段時(shí)個(gè)脈沖，則在該段時(shí)間內(nèi)，工作臺(tái)移動(dòng)的距離為間內(nèi)，工作臺(tái)移動(dòng)的距離為8mmmm810241024r 11脈沖脈沖S編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用6.2.32 2主軸控制；主軸控制； 主運(yùn)動(dòng)（主軸控制）中采用主軸位置脈沖編碼器，成主運(yùn)動(dòng)（主軸控制）中采用主軸位置脈沖編碼器，成為具有位置控制

25、功能的主軸控制系統(tǒng)，或者叫為具有位置控制功能的主軸控制系統(tǒng)，或者叫“C”“C”軸控制。軸控制。 主軸位置脈沖編碼器的作用主要有主軸位置脈沖編碼器的作用主要有1 1）主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制；）主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制； 螺紋加工螺紋加工2 2）主軸定向準(zhǔn)?？刂?；）主軸定向準(zhǔn)?？刂?； 加工中心換刀加工中心換刀3 3）恒線速切削控制。）恒線速切削控制。 車床和磨床進(jìn)行端面或錐形面切削車床和磨床進(jìn)行端面或錐形面切削3 3轉(zhuǎn)速測(cè)量；轉(zhuǎn)速測(cè)量； 頻率或周期頻率或周期4 4零點(diǎn)脈沖信號(hào)用于回參考點(diǎn)控制。零點(diǎn)脈沖信號(hào)用于回參考點(diǎn)控制。6.6.3 3 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器

26、的結(jié)構(gòu)6.3.1旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.26.3 6.3 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種數(shù)控機(jī)床上常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)變壓器是一種數(shù)控機(jī)床上常見(jiàn)的角度測(cè)量裝置角度測(cè)量裝置，它，它具有具有結(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、高粉塵的地方）、輸出信號(hào)幅度大和抗干擾（特別是高溫、高粉塵的地方）、輸出信號(hào)幅度大和抗干擾能力強(qiáng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是信號(hào)處理比較復(fù)雜信號(hào)處理比較復(fù)雜。雖然如此，旋。雖然如此，旋轉(zhuǎn)變壓器還是被廣泛地應(yīng)用于轉(zhuǎn)變壓器還是被廣泛地應(yīng)用于半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床上。的數(shù)控

27、機(jī)床上。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)6.3.112356748 1 1轉(zhuǎn)子軸；轉(zhuǎn)子軸； 2 2殼體；殼體；33分解器定子；分解器定子； 4 4變壓器定子；變壓器定子； 5 5變壓器一次線變壓器一次線圈；圈；66變壓器轉(zhuǎn)子線軸；變壓器轉(zhuǎn)子線軸； 7 7變壓器二次線圈；變壓器二次線圈；88分解器轉(zhuǎn)子。分解器轉(zhuǎn)子。 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種是一種小型交流電機(jī)小型交流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由電動(dòng)機(jī)相似，由定子定子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊

28、。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為400Hz、500Hz、1000Hz、3000Hz、5000Hz等。等。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組接受勵(lì)旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組接受勵(lì)磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電磁耦合得到感應(yīng)電壓，磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電磁耦合得到感應(yīng)電壓，其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。置有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)或被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角來(lái)旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)或被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角來(lái)間接間接測(cè)量工作臺(tái)的位移。測(cè)量工

29、作臺(tái)的位移。 如下頁(yè)原理圖所示，單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，如下頁(yè)原理圖所示，單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，假設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓為假設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓為U U1 1，則轉(zhuǎn)子通過(guò)電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。，則轉(zhuǎn)子通過(guò)電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。（1 1）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使它的磁軸和定子繞組磁軸）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使它的磁軸和定子繞組磁軸垂直垂直時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓為時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓為0 0； （2 2）當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)）當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)一定角度一定角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為感應(yīng)電壓為 式中式中 K K電磁耦合系數(shù)；電磁耦合

30、系數(shù)；U Um m勵(lì)磁信號(hào)的幅值；勵(lì)磁信號(hào)的幅值；勵(lì)磁信號(hào)角頻率；勵(lì)磁信號(hào)角頻率； 旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。（3 3）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90900 0，兩磁軸平行兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即sinsinsin12tKUKUUmtKUUmsin2旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.2定子轉(zhuǎn)子tUUmsin1tUUmsin1tUUmsin100022Usinsinsin212tnUUkmtnUUkmsin90212旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理n-n-變壓比變壓比N1/N2n 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3

31、.2 當(dāng)當(dāng)定子繞組通入不同的勵(lì)磁電壓時(shí)，可得到兩種不同定子繞組通入不同的勵(lì)磁電壓時(shí)，可得到兩種不同的工作方式：鑒相工作方式和鑒幅工作方式。的工作方式：鑒相工作方式和鑒幅工作方式。1 1鑒相工作方式鑒相工作方式 定子繞組通激磁電壓定子繞組通激磁電壓U1s =Um sintU1c =Um sin(t+/2)=Um cost轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓U2=k U1s sin+k U1c cos =kUm cos(t - )當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)U2 =kUm cos(t + )旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.2鑒鑒相工作方式相工作方式 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電壓的關(guān)系為：轉(zhuǎn)子感應(yīng)

32、電壓和勵(lì)磁電壓的關(guān)系為：)cos()cos(22tkUUtkUUmm或 可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子輸出電壓的可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角相位角和轉(zhuǎn)子的和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可以格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可以求得轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角，也就可得到被測(cè)軸的角位移。因此稱旋求得轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角，也就可得到被測(cè)軸的角位移。因此稱旋轉(zhuǎn)變壓器的這種工作狀態(tài)為相位工作狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將轉(zhuǎn)變壓器的這種工作狀態(tài)為相位工作狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將其輸出信號(hào)引出，經(jīng)放大、整形和鑒相就可測(cè)得相應(yīng)的機(jī)械其輸出信號(hào)引出，經(jīng)放大、整形和鑒相就可測(cè)得相應(yīng)的機(jī)械轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)

33、變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.22 2鑒幅工作方式鑒幅工作方式 定子繞組通激磁電壓（相位相同、頻率相同、定子繞組通激磁電壓（相位相同、頻率相同、幅值分別為幅值分別為Usm和和Ucm交流勵(lì)磁電壓）交流勵(lì)磁電壓）U1s =Usm sintU1c =Ucmsint當(dāng)給定電氣角為當(dāng)給定電氣角為電電 時(shí)，交流勵(lì)磁電壓的幅時(shí)，交流勵(lì)磁電壓的幅值分別為值分別為Usm =Umsin電電Ucm=Umcos電電轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓U2=k U1s sin+k U1c cos =kUm cos(電電- ) sint轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，U2= kUm cos(電電+) sint旋轉(zhuǎn)變壓器

34、的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理6.3.2鑒鑒幅工作方式幅工作方式 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電壓的關(guān)系為：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電壓的關(guān)系為： 可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值隨偏轉(zhuǎn)角而變化，測(cè)量出電可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值隨偏轉(zhuǎn)角而變化，測(cè)量出電動(dòng)勢(shì)幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角，被測(cè)軸的角位移也就可以求得了動(dòng)勢(shì)幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角，被測(cè)軸的角位移也就可以求得了。tkUUtkUUmmsin)cos(sin)cos(22電電或6.6.4 4 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和種類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和種類6.4.1感應(yīng)同步器的安裝感應(yīng)同步器的安裝6.4.2感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理6.4.3感應(yīng)同步器的特點(diǎn)

35、感應(yīng)同步器的特點(diǎn)6.4.26.4 6.4 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器類似于旋轉(zhuǎn)變壓器，相當(dāng)于一個(gè)展開(kāi)的多極類似于旋轉(zhuǎn)變壓器，相當(dāng)于一個(gè)展開(kāi)的多極旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器。 根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分成根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分成直線式直線式和和旋轉(zhuǎn)式（圓盤(pán)式）旋轉(zhuǎn)式（圓盤(pán)式） （1 1）直線式由）直線式由定尺定尺和和滑尺滑尺組成，用以測(cè)量直線位移，用于組成，用以測(cè)量直線位移，用于全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 (2) (2)旋轉(zhuǎn)式由旋轉(zhuǎn)式由定子定子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子組成，用以測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，用于組成，用以測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，用于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的工作原理與直線式相同

36、，所不同的旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的工作原理與直線式相同，所不同的是定子（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)上可分為同，結(jié)構(gòu)上可分為圓形圓形及及扇形扇形兩種。兩種。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6.4.11 1直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器 直線式感應(yīng)同步器通常有標(biāo)準(zhǔn)式、窄式、帶式和直線式感應(yīng)同步器通常有標(biāo)準(zhǔn)式、窄式、帶式和3 3重重（速）式等多種（速）式等多種 標(biāo)準(zhǔn)式標(biāo)準(zhǔn)式直線感應(yīng)同步器是直線式感應(yīng)同步器中直線感應(yīng)同步器是直線式感應(yīng)同步器中精度最精度最高、使用也最廣的一種高、使用也最廣的一種； 窄式窄式直線感應(yīng)同步器的

37、定尺、滑尺的寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，直線感應(yīng)同步器的定尺、滑尺的寬度比標(biāo)準(zhǔn)式小，它的電磁感應(yīng)強(qiáng)度減低，比標(biāo)準(zhǔn)式的精度低，適用于它的電磁感應(yīng)強(qiáng)度減低，比標(biāo)準(zhǔn)式的精度低，適用于精度精度較低或機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工的情況較低或機(jī)床上安裝位置窄小且安裝面難于加工的情況； 3 3重式重式直線感應(yīng)同步器的定尺有粗、中、細(xì)繞組，為直線感應(yīng)同步器的定尺有粗、中、細(xì)繞組，為絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)，特別適用于絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)，特別適用于大型機(jī)床大型機(jī)床。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6.4.11 1直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器38引線11間隔b2片寬a2W2(a)W1a1b1l1l1W1/2a1b1212

38、21 2(b)(c)（a）定尺繞組（）定尺繞組（b）W形滑尺繞組（形滑尺繞組（c）U形滑尺繞組形滑尺繞組圖圖6-1212 直線感應(yīng)同步器定尺與滑尺繞組直線感應(yīng)同步器定尺與滑尺繞組感應(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6.4.12 2圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器 圓感應(yīng)同步器的定子、轉(zhuǎn)子都采用不銹鋼、硬鋁合金等圓感應(yīng)同步器的定子、轉(zhuǎn)子都采用不銹鋼、硬鋁合金等材料作基板，呈環(huán)形輻射狀。定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)的一面均有導(dǎo)材料作基板，呈環(huán)形輻射狀。定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)的一面均有導(dǎo)電繞組，繞組用厚電繞組，繞組用厚0.05mm0.05mm的銅箔構(gòu)成。基板和繞組之間有絕的銅箔構(gòu)成?；搴屠@組之間有絕緣層。繞組表面還加有

39、一層和繞組絕緣的屏蔽層，材料為鋁緣層。繞組表面還加有一層和繞組絕緣的屏蔽層，材料為鋁箔或鋁膜。箔或鋁膜。 轉(zhuǎn)子繞組為轉(zhuǎn)子繞組為連續(xù)繞組連續(xù)繞組；定子上有；定子上有兩相正交繞組兩相正交繞組（sinsin繞組繞組和和coscos繞組），做成分段式，兩相繞組交差分布，相差電角度，繞組），做成分段式，兩相繞組交差分布，相差電角度，如圖如圖6-6-1313所示。所示。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6.4.12 2圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器（a）定子繞組（分段式）定子繞組（分段式） （b）轉(zhuǎn)子繞組（連續(xù)式）轉(zhuǎn)子繞組（連續(xù)式）圖圖6-13 圓感應(yīng)同步器繞組圓感應(yīng)同步器繞組sincos感應(yīng)同步器的

40、安裝感應(yīng)同步器的安裝6.4.21 1感應(yīng)同步器的感應(yīng)同步器的定尺定尺安裝在機(jī)床的安裝在機(jī)床的不動(dòng)部件不動(dòng)部件上；上；滑尺滑尺安裝在安裝在機(jī)床的機(jī)床的移動(dòng)部件移動(dòng)部件上。為防止切屑和油污浸入，一般在感應(yīng)同步上。為防止切屑和油污浸入，一般在感應(yīng)同步器上安裝防護(hù)罩。器上安裝防護(hù)罩。 2 2感應(yīng)同步器在安裝時(shí)必須保持定尺和滑尺感應(yīng)同步器在安裝時(shí)必須保持定尺和滑尺平行平行、兩平面間、兩平面間的間隙約為的間隙約為0 025250 005mm05mm，其它具體的安裝要求視具體的產(chǎn)，其它具體的安裝要求視具體的產(chǎn)品說(shuō)明而定。品說(shuō)明而定。3 3直線感應(yīng)同步器的直線感應(yīng)同步器的標(biāo)準(zhǔn)定尺長(zhǎng)度一般為標(biāo)準(zhǔn)定尺長(zhǎng)度一般為2

41、50mm250mm，當(dāng)需要增加，當(dāng)需要增加測(cè)量范圍時(shí)，可將定尺接長(zhǎng)。測(cè)量范圍時(shí)，可將定尺接長(zhǎng)。感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理6.4.3圖圖6-14 6-14 直線式感應(yīng)同步器繞組原理圖直線式感應(yīng)同步器繞組原理圖 正弦繞組余弦繞組滑尺定尺UdUsUc2/2定尺定尺定尺上制有節(jié)距為定尺上制有節(jié)距為2 2 單向均勻感應(yīng)繞組，一般為單向均勻感應(yīng)繞組，一般為250mm250mm滑尺滑尺長(zhǎng)長(zhǎng)100mm100mm，繞有正弦和余弦兩個(gè)勵(lì)磁繞組（節(jié)距與定，繞有正弦和余弦兩個(gè)勵(lì)磁繞組（節(jié)距與定 尺相同，并相互錯(cuò)開(kāi)尺相同，并相互錯(cuò)開(kāi)1/41/4節(jié)距排列）節(jié)距排列）感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理6

42、.4.3 定尺繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)原理圖定尺繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)原理圖滑滑感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理6.4.3 滑尺的正弦繞組加電壓滑尺的正弦繞組加電壓Us = Um sinUs = Um sin t t 時(shí)時(shí)， 定尺繞組定尺繞組 Us = Us = KUmsinKUmsin t t coscos 滑尺的余弦繞組加電壓滑尺的余弦繞組加電壓UcUc = Um = Um coscos t t 時(shí)，時(shí)， 定尺繞組定尺繞組 UcUc = = KUmcosKUmcos t t sin sin = = KUmcosKUmcos t t cos( cos( + + /2)/2) UdUd = Us

43、+ = Us+ UcUc = = KUmsinKUmsin t t coscos + + KUmcosKUmcos t t cos( cos( + + /2)/2) = = KUmsin(KUmsin( t t- - ) ) - -滑尺繞組相對(duì)于定尺繞組的空間相位角滑尺繞組相對(duì)于定尺繞組的空間相位角x當(dāng)滑尺移動(dòng)當(dāng)滑尺移動(dòng)x x距離則感應(yīng)電壓以余弦或正弦函數(shù)變化距離則感應(yīng)電壓以余弦或正弦函數(shù)變化 角角感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理6.4.3 與旋轉(zhuǎn)變壓器類似，根據(jù)不同的勵(lì)磁供電方式，感應(yīng)同步與旋轉(zhuǎn)變壓器類似，根據(jù)不同的勵(lì)磁供電方式，感應(yīng)同步器也有兩種不同的工作方式：鑒相工作方式和鑒幅工

44、作方式。器也有兩種不同的工作方式：鑒相工作方式和鑒幅工作方式。 1. 1. 鑒相工作方式鑒相工作方式 在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相位在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相位差為差為 /2/2的交變電壓：的交變電壓： US = Um sint UC = Um cost 則：則： Uo =Uos+ Uoc=KUScos1K Ucsin1 = K Um sint cos1K Um cost sin1 = K Um sin（t 1） 結(jié)論：只要能測(cè)出結(jié)論：只要能測(cè)出Uo與與US相位差相位差1 ，就可求得滑尺與就可求得滑尺與定尺相對(duì)位移量定尺相對(duì)位移量 x 。感應(yīng)同步器的工作原理感

45、應(yīng)同步器的工作原理6.4.3 2 2. . 鑒幅工作方式鑒幅工作方式 在在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓：值不同的交變電壓： US = Um sin2sint UC = Um cos2sint 2= x 2 （ x 2是指令位移值）是指令位移值） Uo = Uos+ Uoc=KUScos1K Ucsin1 = K Um sin2 cos1sint K Um cos2sintsin1 = K Um sin（21）sint 結(jié)論：只要能測(cè)出結(jié)論：只要能測(cè)出Uo與與UC相位差相位差1 ，就可求得滑尺與就可求得滑尺與定尺定尺 相對(duì)位

46、移量相對(duì)位移量 x 。感應(yīng)同步器的特點(diǎn)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)6.4.41 1精度高精度高 平均自補(bǔ)償特性測(cè)量長(zhǎng)度不受限制測(cè)量長(zhǎng)度不受限制工作可靠、抗干擾性強(qiáng)工作可靠、抗干擾性強(qiáng) 抗?jié)?、溫度、熱變形影響的能力?qiáng)維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng) 非接觸測(cè)量，無(wú)磨損，精度保持性好抗擾能力強(qiáng)、工藝性好、成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)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)輸出信號(hào)比較微弱，需要放大倍數(shù)較高的前置放大器輸出信號(hào)比較微弱，需要放大倍數(shù)較高的前置放大器6.6.5 5 光柵光柵 光柵的種類與精度光柵的種類與精度6.5.1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6.5.26.5 6.5 光柵光

47、柵 光柵按用途分有兩大類，一類是光柵按用途分有兩大類，一類是物理光柵物理光柵（亦稱衍射光（亦稱衍射光柵），另一類是柵），另一類是計(jì)量光柵計(jì)量光柵。 （1 1）物理光柵物理光柵的的刻線細(xì)密刻線細(xì)密，線紋密度一般為，線紋密度一般為200200500500條條/ /mmmm，線紋相互平行且距離相等，稱此距離為柵距。則物理光，線紋相互平行且距離相等，稱此距離為柵距。則物理光柵的柵距一般為柵的柵距一般為0.0020.0020.0050.005mmmm，主要是利用光的衍射原理，主要是利用光的衍射原理，常用于常用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定。 （2 2）計(jì)量光柵計(jì)量光柵的的刻線稍粗刻線

48、稍粗，線紋密度一般為，線紋密度一般為2525條條/ /mmmm、5050條條/ /mmmm、100100條條/ /mmmm、250250條條/ /mmmm等，即：柵距為等，即：柵距為0.0040.0040.250.25mmmm，主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于，主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，用于數(shù)控機(jī)床檢數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)。 因此，這里所討論的光柵是指因此，這里所討論的光柵是指計(jì)量光柵。計(jì)量光柵。光柵的種類與精度光柵的種類與精度6.5.1（1 1）按制作原理分類：）按制作原理分類：透射光柵透射光柵反射光柵反射光柵透射光柵：透射光柵：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采

49、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線紋。柵線紋。特點(diǎn)：特點(diǎn)：光源可以采用垂直入射光，光電元件直接接受光照。因此信號(hào)幅值光源可以采用垂直入射光，光電元件直接接受光照。因此信號(hào)幅值比較大，信噪比好。光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較大，信噪比好。光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 如線性密度如線性密度200200線線/mm/mm。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與金屬部件不一致，影響測(cè)量精度玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與金屬部件不一致，影響測(cè)量精度。反射光柵：反射光柵：光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，接長(zhǎng)方便。也可用鋼光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，接長(zhǎng)方便。也可用鋼帶做成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的長(zhǎng)光柵。帶做成長(zhǎng)達(dá)

50、數(shù)米的長(zhǎng)光柵。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾系數(shù)反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜多，常用為了使反射后的莫爾系數(shù)反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜多，常用4、10、25、40、50線線/mm。光柵的種類與精度光柵的種類與精度6.5.1(2)(2)按形狀分類按形狀分類長(zhǎng)光柵長(zhǎng)光柵 圓光柵圓光柵長(zhǎng)光柵（又稱直線光柵）長(zhǎng)光柵（又稱直線光柵）圓光柵圓光柵長(zhǎng)光柵用于檢測(cè)直線位移長(zhǎng)光柵用于檢測(cè)直線位移圓光柵用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移圓光柵用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移光柵的種類與精度光柵的種類與精度6.5.1表表6-4 4 各種光柵的精度各種光柵的精度計(jì)量光柵計(jì)量光柵光柵長(zhǎng)度（直徑）光柵長(zhǎng)度（直徑）（）（）線紋數(shù)線紋數(shù)精度精度長(zhǎng)光柵長(zhǎng)光柵玻璃透

51、射光柵玻璃透射光柵500100/5m100010m110010m110035m50023m金屬反射光柵金屬反射光柵122040/13m50025/7m高精度金屬反射光柵高精度金屬反射光柵100050/7.5m玻璃衍射光柵玻璃衍射光柵300250/1.5m圓光柵圓光柵玻璃圓光柵玻璃圓光柵27010800/周周3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6.5.2光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu) 光柵光柵是由是由標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵和和指示光柵（光柵指示光柵（光柵讀數(shù)讀數(shù)頭）頭）兩兩部分組成部分組成。 標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵-安裝安裝在機(jī)床活動(dòng)在機(jī)床活動(dòng)部件上部件上 （如工作臺(tái)）（如工作臺(tái)） 指示光柵指示光柵-安裝安裝在

52、機(jī)床固定在機(jī)床固定部件上部件上 （如機(jī)床底座）（如機(jī)床底座）標(biāo)尺光柵指示光柵它們之間保持它們之間保持0.05mm0.1mm的的間隙。間隙。相互相互平行平行（平行度小（平行度小于于0.1mm）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6.5.2光柵讀數(shù)頭原理光柵讀數(shù)頭原理（a）分光讀數(shù)頭（b）垂直入射讀數(shù)頭t（c）反射讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭，又叫，又叫光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器，其作用把，其作用把光柵莫爾條紋的光柵莫爾條紋的光信號(hào)光信號(hào)變成變成電信號(hào)電信號(hào)。 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6.5.2 光柵測(cè)量系統(tǒng)如圖所示，由光源、光柵測(cè)量系統(tǒng)如圖所示，由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)

53、線路聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。組成。 讀數(shù)頭讀數(shù)頭光源光源采用普通的燈泡，發(fā)出采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線，經(jīng)過(guò)輻射光線，經(jīng)過(guò)聚光鏡聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐笞優(yōu)槠叫泄馐?，照射照射光柵尺光柵尺。光電元件光電元件（常使用硅光電（常使用硅光電池）接受透過(guò)光柵尺池）接受透過(guò)光柵尺光強(qiáng)信號(hào)光強(qiáng)信號(hào)，并將其，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)電壓信號(hào)。 由于此信號(hào)比較微弱，在長(zhǎng)距離傳由于此信號(hào)比較微弱，在長(zhǎng)距離傳遞時(shí)，很容易被各種干擾信號(hào)淹沒(méi)，造遞時(shí)，很容易被各種干擾信號(hào)淹沒(méi)，造成傳遞失真，成傳遞失真，驅(qū)動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將光的作用就是將光電信號(hào)進(jìn)行電信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大電壓和功

54、率放大。 除標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)一起移動(dòng)外，除標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)一起移動(dòng)外，光源、聚光鏡、指示光柵、光電元件和光源、聚光鏡、指示光柵、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)驅(qū)動(dòng)線路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上。單獨(dú)部件固定在機(jī)床上。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6.5.2 2 2光柵的基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理 光柵光柵的工作原理都是的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的工作的。若標(biāo)尺光柵和指示光柵的柵距相等，指示光柵在其自若標(biāo)尺光柵和指示光柵的柵距相等，指示光柵在其自身平面內(nèi)相對(duì)于標(biāo)尺光柵傾斜一個(gè)很小的角度，兩塊光

55、柵的刻身平面內(nèi)相對(duì)于標(biāo)尺光柵傾斜一個(gè)很小的角度，兩塊光柵的刻線就會(huì)相交。當(dāng)燈光通過(guò)聚光鏡呈平行光線垂直照射在標(biāo)尺光線就會(huì)相交。當(dāng)燈光通過(guò)聚光鏡呈平行光線垂直照射在標(biāo)尺光柵上，在兩塊光柵線相交的鈍角平分線上，出現(xiàn)明暗交替、間柵上，在兩塊光柵線相交的鈍角平分線上，出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗短條紋，隔相等的粗短條紋，稱之為橫向莫爾條紋。稱之為橫向莫爾條紋。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6.5.2 2 2光柵的基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理 指示光柵標(biāo)尺光柵柵距d指示光柵標(biāo)尺光柵柵距d（a）莫爾條紋形成原理（b）莫爾條紋放大原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理6.5.2 2 2光柵的

56、基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理 莫爾條紋具有以下特征：莫爾條紋具有以下特征：1）放大作用）放大作用 在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度、光柵柵距、在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度、光柵柵距、柵線角之間有如下關(guān)系：柵線角之間有如下關(guān)系：若若d=0.01mm，=0.01rad，則，則w=1mm，k=100?？梢?jiàn)，無(wú)需復(fù)?？梢?jiàn)，無(wú)需復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和電子放大電路，就能把光柵的柵距雜的光學(xué)系統(tǒng)和電子放大電路，就能把光柵的柵距d放大放大100倍，倍，轉(zhuǎn)換成莫爾條紋的寬度轉(zhuǎn)換成莫爾條紋的寬度w，大大提高了光柵測(cè)量裝置的分辨率。，大大提高了光柵測(cè)量裝置的分辨率。ddw2sin2光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)

57、量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理6.5.2 2 2光柵的基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理 莫爾條紋具有以下特征：莫爾條紋具有以下特征：2）均化誤差作用）均化誤差作用 莫爾莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如每毫米100線線的光柵，的光柵，10mm寬度的莫爾條紋就有寬度的莫爾條紋就有1000條線紋，這樣?xùn)啪嘀畻l線紋，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于光柵線紋的制造誤差間的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于光柵線紋的制造誤差導(dǎo)致的柵距不均勻而造成的測(cè)量誤差。導(dǎo)致的柵距不均勻而造成的測(cè)量誤差。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6.5.2 2 2光柵的

58、基本測(cè)量原理光柵的基本測(cè)量原理 莫爾條紋具有以下特征：莫爾條紋具有以下特征：3）莫爾條紋的與柵距的移動(dòng)成比例）莫爾條紋的與柵距的移動(dòng)成比例 當(dāng)光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條紋也相應(yīng)移動(dòng)一個(gè)莫爾當(dāng)光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條紋也相應(yīng)移動(dòng)一個(gè)莫爾條紋寬度；若光柵移動(dòng)方向發(fā)生變化，則莫爾條紋的移動(dòng)方向條紋寬度；若光柵移動(dòng)方向發(fā)生變化，則莫爾條紋的移動(dòng)方向也相應(yīng)發(fā)生變化。莫爾條紋移動(dòng)方向與兩光柵夾角移動(dòng)方向垂也相應(yīng)發(fā)生變化。莫爾條紋移動(dòng)方向與兩光柵夾角移動(dòng)方向垂直。這樣，檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)的變化就可測(cè)量出光柵水平方向直。這樣，檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)的變化就可測(cè)量出光柵水平方向移動(dòng)的微小距離。移動(dòng)的微小距離。光柵

59、的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光柵的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理6.5.23 3光柵檢測(cè)裝置的特點(diǎn)光柵檢測(cè)裝置的特點(diǎn)1 1）測(cè)量精度高，一般長(zhǎng)光柵的測(cè)量精度可以）測(cè)量精度高，一般長(zhǎng)光柵的測(cè)量精度可以達(dá)到達(dá)到1 1微米以上微米以上。2 2）精度保持性好，由于兩光柵尺之間不直接接觸，無(wú)磨損。）精度保持性好，由于兩光柵尺之間不直接接觸，無(wú)磨損。3 3）光柵的制作要求高，調(diào)試較困難。）光柵的制作要求高，調(diào)試較困難。4 4）對(duì)環(huán)境要求高，光柵容易受到外界氣溫的影響，使用中須）對(duì)環(huán)境要求高，光柵容易受到外界氣溫的影響，使用中須防止灰塵、水汽等污物的侵入。防止灰塵、水汽等污物的侵入。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6.5.24

60、 4光柵檢測(cè)裝置的使用注意事項(xiàng)光柵檢測(cè)裝置的使用注意事項(xiàng) 1 1）光柵尺傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。）光柵尺傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。 2 2）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。任何異物進(jìn)入光柵尺傳感器殼體內(nèi)部。 3 3）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動(dòng)。）定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動(dòng)。 4 4）為延長(zhǎng)防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意）為延長(zhǎng)防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上