位置檢測(cè)裝置

第五章位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)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(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求如下：（1）

工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2）

滿足精度和速度的要求；（3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；（4）

成本低。位置檢測(cè)裝置按工作條件和測(cè)量要求不同，有下面幾種分類(lèi)方法：（一）

直接測(cè)量和間接測(cè)量

1.

直接測(cè)量

直接測(cè)量是將直線型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來(lái)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)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)是測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)，所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。2.

間接測(cè)量

它是將旋轉(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。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方便、無(wú)長(zhǎng)度限制。缺點(diǎn)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)量精度。（二）數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量

1.

數(shù)字式測(cè)量

它是將被測(cè)的量以數(shù)字形式來(lái)表示，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡(jiǎn)單。

2.

模擬量測(cè)量

它是將被測(cè)的量用連續(xù)變量來(lái)表示，如電壓變化、相位變化等。它對(duì)信號(hào)處理的方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。（三）

增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量

1.增量式測(cè)量

在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測(cè)量方式，增量式測(cè)量只測(cè)相對(duì)位移量，如測(cè)量單位為0.001mm，則每移動(dòng)0.001mm就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可以作為測(cè)量的起點(diǎn)，而移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測(cè)量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。

2.絕對(duì)式測(cè)量

絕對(duì)式測(cè)量裝置對(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。測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤(pán)中，對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器

一、結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測(cè)量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵(lì)磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，通過(guò)電磁耦合得到感應(yīng)電壓，只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(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)間接測(cè)量工作臺(tái)的位移。旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。如圖5-1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，則轉(zhuǎn)子通過(guò)電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使它的磁軸和定子繞組磁軸垂直時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓；當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為

式中K—變壓比（即繞組匝數(shù)比）；

Vm—?jiǎng)?lì)磁信號(hào)的幅值；

ω—?jiǎng)?lì)磁信號(hào)角頻率；

—旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)900，兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即

圖5-1旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理實(shí)際使用時(shí)通常采用多極形式，如正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞組構(gòu)成，如圖5-2所示。一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補(bǔ)償，另一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組作為輸出，應(yīng)用疊加原理，其磁通為

轉(zhuǎn)子輸出電壓則為

Vs

定子Φc

Vc

Φs

θ

ΦcΦccosθ

Φssinθ

轉(zhuǎn)子θθ

Φs

圖5-2正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理二、應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)裝置，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(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來(lái)檢測(cè)位移量。1.鑒相工作方式給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差900的交流勵(lì)磁電壓，即

這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，如圖5-2所示，根據(jù)線性疊加原理，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓應(yīng)為這兩個(gè)電壓的代數(shù)和：

(5-1)假如，轉(zhuǎn)子逆逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可可得(5-2)由式(5-1)和(5-2)可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子輸輸出電壓的相相位角和轉(zhuǎn)子子的偏轉(zhuǎn)角之之間有嚴(yán)格的的對(duì)應(yīng)關(guān)系，，這樣，只要要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子子輸出電壓的的相位角，就就可知道轉(zhuǎn)子子的轉(zhuǎn)角。由由于旋轉(zhuǎn)變壓壓器的轉(zhuǎn)子和和被測(cè)軸連接接在一起，所所以，被測(cè)軸軸的角位移就就知道了。2.鑒幅工作方式式給定子的兩個(gè)個(gè)繞組分別通通以頻率相同同、相位相同同、幅值分別別按正弦和余余弦變化的交交流激磁電壓壓，即式中—激磁繞組中的的電氣角。則轉(zhuǎn)子上的疊疊加電壓為同理，如果轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，可得(5-4)由式(5-3)和(5-4)可見(jiàn)，，轉(zhuǎn)子子感應(yīng)應(yīng)電壓壓的幅幅值隨隨轉(zhuǎn)子子的偏偏轉(zhuǎn)角角而變變化，，測(cè)量量出幅幅值即即可求求得轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角。。如果將將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓壓器裝裝在數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的滾珠珠絲杠杠上，，當(dāng)角角從00到3600時(shí)，絲絲杠上上的螺螺母帶帶動(dòng)工工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)動(dòng)了一一個(gè)導(dǎo)導(dǎo)程，，間接接測(cè)量量了執(zhí)執(zhí)行部部件的的直線線位移移。測(cè)測(cè)量所所走過(guò)過(guò)的行行程時(shí)時(shí)，可可加一一個(gè)計(jì)計(jì)數(shù)器器，累累計(jì)所所轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)，折折算成成位移移總長(zhǎng)長(zhǎng)度。。第二節(jié)節(jié)感應(yīng)同同步器器一、結(jié)結(jié)構(gòu)與與工作作原理理感應(yīng)同同步器器和旋旋轉(zhuǎn)變變壓器器均為為電磁磁式檢檢測(cè)裝裝置，，屬模模擬式式測(cè)量量，二二者工工作原原理相相同，，其輸輸出電電壓隨隨被測(cè)測(cè)直線線位移移或角角位移移而改改變。。感應(yīng)同同步器器按其其結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)一般般分為為直線線式和和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式兩兩種：：直線式式感應(yīng)應(yīng)同步步器由由定尺尺和滑滑尺組組成，，用于于直線線位移移測(cè)量量。旋轉(zhuǎn)式式感應(yīng)應(yīng)同步步器由由轉(zhuǎn)子子和定定子組組成，，用于于角位位移測(cè)測(cè)量。。以直線線式感感應(yīng)同同步器器為例例，介介紹其其結(jié)構(gòu)構(gòu)和工工作原原理。。直線感感應(yīng)同同步器器相當(dāng)當(dāng)于一一個(gè)展展開(kāi)的的多極極旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓壓器，，其結(jié)結(jié)構(gòu)如如圖5-3所示，，定尺尺和滑滑尺的的基板板采用用與機(jī)機(jī)床熱熱膨脹脹系數(shù)數(shù)相近近的鋼鋼板制制成，，鋼板板上用用絕緣緣粘結(jié)結(jié)劑貼貼有銅銅箔，，并利利用腐腐蝕的的辦法法做成成圖示示的印印刷繞繞組。。長(zhǎng)尺尺叫定定尺，，安裝裝在機(jī)機(jī)床床床身上上，短短尺為為滑尺尺，安安裝于于移動(dòng)動(dòng)部件件上，，兩者者平行行放置置，保保持0.25~0.05mm間隙。。感應(yīng)同同步器器兩個(gè)個(gè)單元元繞組組之間間的距距離為為節(jié)距距，滑滑尺和和定尺尺的節(jié)節(jié)距均均為，，這是是衡量量感應(yīng)應(yīng)同步步器精精度的的主要要參數(shù)數(shù)。標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)感感應(yīng)同同步器器定尺尺長(zhǎng)250mm，滑尺長(zhǎng)長(zhǎng)100mm，節(jié)距為為2mm。定尺上上是單單向、、均勻勻、連連續(xù)的的感應(yīng)應(yīng)繞組組，滑滑尺有有兩組組繞組組，一一組為為正弦弦繞組組，另另一為為余弦弦繞組組。當(dāng)當(dāng)正弦弦繞組組與定定尺繞繞組對(duì)對(duì)齊時(shí)時(shí)，余余弦繞繞組與與定尺尺繞組組相差差1/4節(jié)距。。V2定尺滑尺正弦繞繞組VsVc余弦繞繞組圖5-3直線感感應(yīng)同同步器器結(jié)構(gòu)構(gòu)當(dāng)滑滑尺尺任任意意一一繞繞組組加加交交流流激激磁磁電電壓壓時(shí)時(shí)，，由由于于電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)作作用用，，在在定定尺尺繞繞組組中中必必然然產(chǎn)產(chǎn)生生感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓，，該該感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓取取決決于于滑滑尺尺和和定定尺尺的的相相對(duì)對(duì)位位置置。。當(dāng)當(dāng)只只給給滑滑尺尺上上正正弦弦繞繞組組加加勵(lì)勵(lì)磁磁電電壓壓時(shí)時(shí)，，定定尺尺感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓與與定定、、滑滑尺尺的的相相對(duì)對(duì)位位置置關(guān)關(guān)系系如如圖圖5-4所示示。。如如果果滑滑尺尺處處于于A位置置，，即即滑滑尺尺繞繞組組與與定定尺尺繞繞組組完完全全對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)重重合合，，定定尺尺繞繞組組線線圈圈中中穿穿入入的的磁磁通通最最多多，，則則定定尺尺上上的的感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓最最大大。。隨隨著著滑滑尺尺相相對(duì)對(duì)定定尺尺做做平平行行移移動(dòng)動(dòng)，，穿穿入入定定尺尺的的磁磁通通逐逐漸漸減減少少，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓逐逐漸漸減減小小。。當(dāng)當(dāng)滑滑尺尺移移到到圖圖中中B點(diǎn)位位置置，，與與定定尺尺繞繞組組剛剛好好錯(cuò)錯(cuò)開(kāi)開(kāi)1/4節(jié)距距時(shí)時(shí)，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓為為零零。。再再移移動(dòng)動(dòng)至至1/2節(jié)距距處處，，即即圖圖中中C點(diǎn)位位置置時(shí)時(shí)，，定定尺尺線線圈圈中中穿穿出出的的磁磁通通最最多多，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓最最大大，，但但極極性性相相反反。。再再移移至至3/4節(jié)距距，，即即圖圖中中D點(diǎn)位位置置時(shí)時(shí)，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓又又變變?yōu)闉榱懔悖?，?dāng)當(dāng)移移動(dòng)動(dòng)一一個(gè)個(gè)節(jié)節(jié)距距位位置置如如圖圖中中E點(diǎn)，，又又恢恢復(fù)復(fù)到到初初始始狀狀態(tài)態(tài)，，與與A點(diǎn)相相同同。。顯顯然然，，在在定定尺尺移移動(dòng)動(dòng)一一個(gè)個(gè)節(jié)節(jié)距距的的過(guò)過(guò)程程中中，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓近近似似于于余余弦弦函函數(shù)數(shù)變變化化了了一一個(gè)個(gè)周周期期，，如如圖圖5-4中ABCDE。圖5-4感應(yīng)應(yīng)電電壓壓幅幅值值與與定定尺尺滑滑尺尺相相對(duì)對(duì)位位置置關(guān)關(guān)系系若設(shè)設(shè)定定尺尺繞繞組組節(jié)節(jié)距距為為，，它它對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓以以余余弦弦函函數(shù)數(shù)變變化化了了，，當(dāng)當(dāng)滑滑尺尺移移動(dòng)動(dòng)距距離離為為時(shí)時(shí)，，則則對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓以以余余弦弦函函數(shù)數(shù)變變化化相相位位角角。。由由比比例例關(guān)關(guān)系系可得得(5-5)設(shè)表表示示滑滑尺尺上上一一相相繞繞組組的的激激磁磁電電壓壓則則定定尺尺繞繞組組感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓為為式中中K—耦合合系系數(shù)數(shù)；；—激磁磁電電壓壓的的幅幅值值；；ω—激磁磁電電壓壓的的角角頻頻率率；；—與位位移移對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的角角度度。。感應(yīng)應(yīng)電電壓壓的的幅幅值值變變化化規(guī)規(guī)律律就就是是一一個(gè)個(gè)周周期期性性的的余余弦弦曲曲線線。。在在一一個(gè)個(gè)周周期期內(nèi)內(nèi)，，感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓的的某某一一幅幅值值對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)兩兩個(gè)個(gè)位位移移點(diǎn)點(diǎn)，，如如圖圖5-4中M、N兩點(diǎn)。為為確定唯唯一位移移，在滑滑尺上與與正弦繞繞組錯(cuò)開(kāi)開(kāi)1/4節(jié)距處，，配置了了余弦繞繞組。同同樣，若若在滑尺尺的余弦弦繞組中中通以交交流勵(lì)磁磁電壓，，也能得得出定尺尺繞組感感應(yīng)電壓壓與兩尺尺相對(duì)位位移的關(guān)關(guān)系曲線線，它們們之間為為正弦函函數(shù)關(guān)系系(圖5-4中OP)。若滑尺上上的正、、余弦繞繞組同時(shí)時(shí)勵(lì)磁，，就可以以分辨出出感應(yīng)電電壓值所所對(duì)應(yīng)的的唯一確確定的位位移。二、應(yīng)用用感應(yīng)同步步器作為為位置測(cè)測(cè)量裝置置安裝在在數(shù)控機(jī)機(jī)床上，，它也有有兩種工工作方式式，鑒相相式和鑒鑒幅式。。1.鑒相型系系統(tǒng)供給滑尺尺的正、、余弦繞繞組的激激磁信號(hào)號(hào)是頻率率、幅值值相同，，相位相相差900的交流勵(lì)勵(lì)磁電壓壓根據(jù)疊加加原理，，定尺上上的總感感應(yīng)電壓壓為(5-6)通過(guò)鑒別別定尺感感應(yīng)輸出出電壓的的相位，，即可測(cè)測(cè)量定尺尺和滑尺尺之間的的相對(duì)位位移。例例如定尺尺感應(yīng)輸輸出電壓壓與滑尺尺勵(lì)磁電電壓之間間的相位位差為3.60，當(dāng)節(jié)距距的情況況下，表表明滑尺尺移動(dòng)了了0.02mm?；叨ǘǔ邫C(jī)機(jī)床VsVc+x-x圖5-5感應(yīng)同步步器鑒相相測(cè)量系系統(tǒng)框圖圖放大濾波基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器脈沖調(diào)相器鑒相器放大器激磁供電線路伺服電機(jī)速度控制單元基準(zhǔn)信號(hào)號(hào)發(fā)生器器輸出一一系列一一定頻率率的基準(zhǔn)準(zhǔn)脈沖信信號(hào)（載載波信號(hào)號(hào)），為為伺服系系統(tǒng)提供供一個(gè)相相位比較較基準(zhǔn)。。激磁信號(hào)號(hào)+x指令信號(hào)號(hào)-x-x圖5-6脈沖調(diào)相相器組成成原理框框圖

分配器1（1/N）（基準(zhǔn)分頻通道）分配器2（1/N）（調(diào)相分頻通道）脈沖加減器基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器脈沖調(diào)相相器的作作用是將將來(lái)自數(shù)數(shù)控裝置置的進(jìn)給給脈沖信信號(hào)轉(zhuǎn)換換為相位位變化的的信號(hào)。。圖5-6為其原理理組成框框圖，在在脈沖調(diào)調(diào)相器中中，由基基準(zhǔn)信號(hào)號(hào)發(fā)生器器產(chǎn)生的的基準(zhǔn)脈脈沖信號(hào)號(hào)分成兩兩路，一一路直接接輸入分分頻器1，它為1/N分頻的二二進(jìn)制計(jì)計(jì)數(shù)器，，稱為基基準(zhǔn)分頻頻通道。。為適應(yīng)應(yīng)感應(yīng)同同步器滑滑尺的兩兩勵(lì)磁繞繞組供電電的要求求，該通通道輸出出兩路幅幅值相等等、頻率率相同、、相位相相差900的脈沖信信號(hào)，經(jīng)經(jīng)激磁供供電線路路變成正正、余弦弦信號(hào)給給滑尺正正弦、余余弦繞組組勵(lì)磁。。另一路路先經(jīng)過(guò)過(guò)脈沖加加減器，，再進(jìn)入入分頻器器2，該分頻頻器也為為1/N分頻二進(jìn)進(jìn)制計(jì)數(shù)數(shù)器，稱稱為調(diào)相相分頻通通道。調(diào)調(diào)相分頻頻通道的的任務(wù)是是將指令令脈沖信信號(hào)調(diào)制制成與基基準(zhǔn)脈沖沖有一定定關(guān)系的的輸出脈脈沖信號(hào)號(hào)，其相相位差大大小和極極性與指指令脈沖沖有關(guān)。。上述兩兩個(gè)分頻頻器均為為1/N分頻，即即當(dāng)輸入入N個(gè)計(jì)數(shù)脈脈沖后產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)溢出脈脈沖。為說(shuō)明指指令移相相情況，，設(shè)兩個(gè)個(gè)分頻器器均由四四個(gè)二進(jìn)進(jìn)制計(jì)數(shù)數(shù)觸發(fā)器器C0~C3組成，每每輸入16個(gè)脈沖產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)溢出脈脈沖信號(hào)號(hào)。對(duì)應(yīng)應(yīng)無(wú)指令令脈沖和和有指令令脈沖兩兩種情況況，可用用圖5-7和圖5-8兩個(gè)波形形圖來(lái)描描述C0C1C2C3F圖5-7無(wú)指令脈脈沖時(shí)序序波形圖圖Δθ1圖5-8有指令脈沖時(shí)時(shí)序波形圖FC1C2C0C3F1分頻器2輸出分頻器1輸出圖5-7所示，當(dāng)指令令脈沖為零時(shí)時(shí)，調(diào)相分頻頻通道輸出信信號(hào)和基準(zhǔn)脈脈沖信號(hào)相位位相同，兩者者相位差為零零。圖5-8所示，有一正正向指令脈沖沖通過(guò)脈沖加加減器，使得得輸入到調(diào)相相分頻通道的的脈沖個(gè)數(shù)增增加一個(gè)，結(jié)結(jié)果該分頻器器產(chǎn)生溢出脈脈沖的時(shí)刻提提前產(chǎn)生。因因此，在指令令脈沖作用下下，調(diào)相分頻頻通道輸出脈脈沖與基準(zhǔn)脈脈沖有一個(gè)相相位差Δθ1，且Δθ1＝θ1－θ0，θ0為基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)發(fā)生器的基準(zhǔn)準(zhǔn)相位；θ1為指令信號(hào)相相位；θ1的大小取決于于指令脈沖數(shù)數(shù)，其隨時(shí)間間變化的快慢慢取決于指令令脈沖頻率，，而其相對(duì)于于θ0的超前與滯后后，則取決于于指令脈沖進(jìn)進(jìn)給方向。當(dāng)用同一脈沖沖源的輸出時(shí)時(shí)鐘脈沖去觸觸發(fā)容量相同同的兩個(gè)分頻頻器1和2時(shí)（見(jiàn)圖5-7），結(jié)果在兩兩個(gè)分頻器最最后一級(jí)的輸輸出是頻率大大大降低的兩兩個(gè)同頻率信信號(hào)。假設(shè)時(shí)時(shí)鐘脈沖頻率率為F，當(dāng)分頻器的容容量為N，即N個(gè)時(shí)鐘脈沖使使分頻器的輸輸出變化一個(gè)個(gè)周期，則分分頻器輸出端端的脈沖頻率率f為：f=F/N（N為最大計(jì)數(shù)容容量，n為觸發(fā)器個(gè)數(shù)數(shù)）。如果在在時(shí)鐘脈沖觸觸發(fā)兩個(gè)分頻頻器的過(guò)程中中，通過(guò)脈沖沖加減器加入入一個(gè)指令脈脈沖，分頻器器2的最后一級(jí)輸輸出提前翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，從而相對(duì)對(duì)于分頻器1產(chǎn)生了一個(gè)正正的相移Δθ1（見(jiàn)圖5-8）。脈沖調(diào)相相器每接受一一個(gè)脈沖便產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)指令令相位增量Δθ1，Δθ1應(yīng)符合下式或如果感應(yīng)同步步器的節(jié)距為為2mm，脈沖當(dāng)量選定定為δ=0.001mm，一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)應(yīng)的相移角Δθ1為數(shù)控裝置每發(fā)發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈脈沖，經(jīng)脈沖沖調(diào)相器變?yōu)闉槌盎鶞?zhǔn)信信號(hào)一個(gè)0.180相移角的信號(hào)號(hào)，即Δθ1=θ1-θ0=0.180。此時(shí)因工作臺(tái)臺(tái)未動(dòng)，反饋饋信號(hào)相對(duì)于于基準(zhǔn)信號(hào)的的相位差Δθ2=θ2-θ0=0（θ2為定尺繞組上上作為反饋信信號(hào)所取的感感應(yīng)電壓U2的相位）。鑒鑒相器將δ＝Δθ1－Δθ2=0.180的相位差檢測(cè)測(cè)出來(lái)，經(jīng)放放大后控制伺伺服電動(dòng)機(jī)帶帶動(dòng)工作臺(tái)移移動(dòng)。隨著工工作臺(tái)的移動(dòng)動(dòng)，θ2逐漸增大，相相位差δ逐漸減少，直直至δ＝0。鑒相式伺服系系統(tǒng)利用相位位比較原理進(jìn)進(jìn)行工作。當(dāng)當(dāng)數(shù)控裝置要要求工作臺(tái)沿沿一個(gè)方向位位移時(shí)，產(chǎn)生生一列進(jìn)給脈脈沖，經(jīng)脈沖沖調(diào)相器的調(diào)調(diào)相分頻通道道轉(zhuǎn)化為相位位變化信號(hào)Δθ1′，它作為指令信信號(hào)送入鑒相相器；測(cè)量裝裝置及信號(hào)處處理電路的作作用是將工作作臺(tái)的位移量量檢測(cè)出來(lái)，，并表達(dá)成與與基準(zhǔn)信號(hào)之之間的相位差差Δθ2′，也被送入鑒相相器。這兩路路信號(hào)都用它它們與基準(zhǔn)信信號(hào)之間的相相位差表示，，且同頻率、、同周期。因因此，它們兩兩者之間的相相位差為δ′＝Δθ1′－Δθ2′。鑒相器的作用用就是鑒別出出這兩個(gè)信號(hào)號(hào)的相位差，，并以與此相相位差信號(hào)成成正比的電壓壓信號(hào)輸出。。如果相位差差不為零，說(shuō)說(shuō)明工作臺(tái)實(shí)實(shí)際移動(dòng)的距距離不等于指指令信號(hào)要求求工作臺(tái)移動(dòng)動(dòng)的距離，鑒鑒相器檢測(cè)出出的相位差，，經(jīng)放大后，，送入速度控控制單元，驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)工作臺(tái)向減減少誤差的方方向移動(dòng)。若若相位差為零零，則表示感感應(yīng)同步器的的實(shí)際位置與與給定指令位位置相同，鑒鑒相器輸出電電壓為零，工工作臺(tái)停止移移動(dòng)。2.鑒幅式系統(tǒng)供給滑尺上正正、余弦繞組組的勵(lì)磁電壓壓的頻率相同同、相位相同同但幅值不同同。式中—給定的電氣角角。則在定尺繞組組產(chǎn)生的總感感應(yīng)電壓為(5-7)式中—與位移對(duì)應(yīng)的的角度。鑒幅式伺服系系統(tǒng)是以位置置檢測(cè)信號(hào)的的幅值大小來(lái)來(lái)反映機(jī)械位位移的數(shù)值，，并以此作為為位置反饋信信號(hào)與指令信信號(hào)進(jìn)行比較較構(gòu)成閉環(huán)伺伺服系統(tǒng)。由由式5-7可知，若電氣氣角α已知，只要測(cè)測(cè)出V2的幅值，便能能求出與位移移對(duì)應(yīng)的角度度θ。實(shí)際測(cè)量時(shí)，，不斷調(diào)整α，讓幅值為零。。設(shè)初始位置置時(shí)，α=θ，V2＝0，當(dāng)滑尺相對(duì)對(duì)定尺移動(dòng)動(dòng)后，隨著著θ不斷增加，，α≠θ，V2≠0。若逐漸改變變?chǔ)林?，直至?θ，V2＝0，此時(shí)α的變化量就就代表了θ對(duì)應(yīng)的位移移量，就可可測(cè)得機(jī)械械位移。進(jìn)給指令圖5-9鑒幅式伺服服系統(tǒng)原理理框圖比較器數(shù)模轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié)速度單元工作臺(tái)測(cè)量及信號(hào)處理電路伺服電機(jī)按圖5-9原理框圖敘敘述鑒幅式式系統(tǒng)的工工作原理：：進(jìn)入比較較器的信號(hào)號(hào)有兩路，，一路來(lái)自自進(jìn)給脈沖沖，它代表表了數(shù)控裝裝置要求機(jī)機(jī)床工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)的位位移量。另另一路來(lái)自自測(cè)量及信信號(hào)處理電電路，以數(shù)數(shù)字脈沖形形式出現(xiàn)，，體現(xiàn)了工工作臺(tái)實(shí)際際移動(dòng)的距距離。鑒幅幅式系統(tǒng)工工作之前，，數(shù)控裝置置和測(cè)量元元件的信號(hào)號(hào)處理電路路都沒(méi)有脈脈沖輸出，，比較器的的輸出為零零，工作臺(tái)臺(tái)不移動(dòng)。。出現(xiàn)進(jìn)給給脈沖信號(hào)號(hào)后，比較較器的輸出出不為零，，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換電路將將比較器輸輸出的數(shù)字字量轉(zhuǎn)化為為電壓信號(hào)號(hào)，經(jīng)放大大后，由伺伺服電機(jī)帶帶動(dòng)工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)。同同時(shí)，工作作在鑒幅狀狀態(tài)的感應(yīng)應(yīng)同步器的的定尺感應(yīng)應(yīng)出電壓信信號(hào)，經(jīng)信信號(hào)處理線線路轉(zhuǎn)換成成相應(yīng)的數(shù)數(shù)字脈沖信信號(hào)，該數(shù)數(shù)字脈沖信信號(hào)作為反反饋信號(hào)進(jìn)進(jìn)入比較器器與進(jìn)給脈脈沖進(jìn)行比比較。若兩兩者相等，，比較器輸輸出為零，，工作臺(tái)不不動(dòng)；若兩兩者不相等等，說(shuō)明工工作臺(tái)實(shí)際際移動(dòng)的距距離還不等等于指令信信號(hào)要求移移動(dòng)的距離離，伺服電電機(jī)繼續(xù)帶帶動(dòng)工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)，直直到比較器器輸出為零零時(shí)停止。。測(cè)量元件sin/cos發(fā)生器解調(diào)線路V/F轉(zhuǎn)換器圖5-10測(cè)量元件及及信號(hào)處理理電路測(cè)量及信號(hào)號(hào)處理線路路如何將工工作臺(tái)的機(jī)機(jī)械位移檢檢測(cè)出來(lái)并并轉(zhuǎn)換為數(shù)數(shù)字脈沖信信號(hào)，可參參見(jiàn)圖5-10。感應(yīng)同步步器根據(jù)工工作臺(tái)的位位移量，輸輸出正弦電電壓信號(hào)，，該電壓信信號(hào)的幅值值代表工作作臺(tái)的位移移。此正弦弦信號(hào)經(jīng)濾濾波、放大大、檢波、、整流以后后，變成方方向與工作作臺(tái)移動(dòng)方方向相對(duì)應(yīng)應(yīng)，幅值與與工作臺(tái)位位移成正比比的直流電電壓信號(hào)，，這個(gè)過(guò)程程稱解調(diào)，，由解調(diào)線線路也稱鑒鑒幅器來(lái)完完成。解調(diào)調(diào)后的信號(hào)號(hào)經(jīng)電壓頻頻率（V/F）轉(zhuǎn)換器變成成計(jì)數(shù)脈沖沖，脈沖的的個(gè)數(shù)與電電壓幅值成成正比，并并用符號(hào)觸觸發(fā)器表示示方向。一一方面，該該計(jì)數(shù)脈沖沖及符號(hào)送送比較器與與進(jìn)給脈沖沖比較；另另一方面，，經(jīng)正余弦弦(sin/cos)信號(hào)發(fā)生器器，產(chǎn)生驅(qū)驅(qū)動(dòng)測(cè)量元元件的兩路路信號(hào)sin和cos，使角與此此相對(duì)應(yīng)發(fā)發(fā)生改變。。并根據(jù)產(chǎn)產(chǎn)生生正弦和余余弦矩形波波，使總總是是跟隨角的的變變化而變化化。若感應(yīng)同步步器滑尺沒(méi)沒(méi)有新的位位移，因激激磁信號(hào)電電氣角由變變?yōu)椋?，它所輸輸出的幅值值信?hào)也隨隨之變化，，而且逐步步趨近于零零。若輸出出的新的幅幅值信號(hào)不為零，再再一次經(jīng)解解調(diào)線路，，電壓頻率率轉(zhuǎn)換器、、sin/cos信號(hào)發(fā)生器器，產(chǎn)生下下一個(gè)激磁磁信號(hào)，該該激磁信號(hào)號(hào)將使測(cè)量量元件的輸輸出進(jìn)一步步接近于零零，這個(gè)過(guò)過(guò)程不斷重重復(fù)，直到到測(cè)量元件件的輸出為為零時(shí)為止止。第三節(jié)脈沖編碼器器脈沖編碼器器是一種旋旋轉(zhuǎn)式脈沖沖發(fā)生器，，能把機(jī)械械轉(zhuǎn)角變成成電脈沖，，是數(shù)控機(jī)機(jī)床上使用用很廣泛的的位置檢測(cè)測(cè)裝置。脈脈沖編碼器器可分為增增量式與絕絕對(duì)式兩類(lèi)類(lèi)。一、絕對(duì)式式編碼器絕對(duì)式編碼碼器是一種種旋轉(zhuǎn)式檢檢測(cè)裝置，，可直接把把被測(cè)轉(zhuǎn)角角用數(shù)字代代碼表示出出來(lái)，且每每一個(gè)角度度位置均有有其對(duì)應(yīng)的的測(cè)量代碼碼，它能表表示絕對(duì)位位置，沒(méi)有有累積誤差差，電源切切除后，位位置信息不不丟失，仍仍能讀出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。。絕對(duì)式編編碼器有光光電式、接接觸式和電電磁式三種種，以接觸觸式四位絕絕對(duì)編碼器器為例來(lái)說(shuō)說(shuō)明其工作作原理。如圖5-11a所示為二進(jìn)進(jìn)制碼盤(pán)。。它在一個(gè)個(gè)不導(dǎo)電基基體上作成成許多金屬屬區(qū)使其導(dǎo)導(dǎo)電，其中中有剖面線線部分為導(dǎo)導(dǎo)電區(qū)，用用“1”表示；其它它部分為絕絕緣區(qū)，用用“0”表示。每一一徑向，由由若干同心心圓組成的的圖案代表表了某一絕絕對(duì)計(jì)數(shù)值值，通常，，我們把組組成編碼的的各圈稱為為碼道，碼碼盤(pán)最里圈圈是公用的的，它和各各碼道所有有導(dǎo)電部分分連在一起起，經(jīng)電刷刷和電阻接接電源負(fù)極極。在接觸觸式碼盤(pán)的的每個(gè)碼道道上都裝有有電刷，電電刷經(jīng)電阻阻接到電源源正極（圖圖5-11b）。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象象帶動(dòng)碼盤(pán)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，電刷刷和碼盤(pán)的的相對(duì)位置置發(fā)生變化化，與電刷刷串聯(lián)的電電阻將會(huì)出出現(xiàn)有電流流通過(guò)或沒(méi)沒(méi)有電流通通過(guò)兩種情情況。若回回路中的電電阻上有電電流通過(guò)，，為“1”；反之，電電刷接觸的的是絕緣區(qū)區(qū)，電阻上上無(wú)電流通通過(guò)，為““0”。如果碼盤(pán)盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，就可可依次得到到按規(guī)定編編碼的數(shù)字字信號(hào)輸出出，圖示為為4位二進(jìn)制碼碼盤(pán)，根據(jù)據(jù)電刷位置置得到由““1”和“0”組成的二進(jìn)進(jìn)制碼，輸輸出為0000、0001、0010………1111。由圖5-11可以看出，，碼道的圈圈數(shù)就是二二進(jìn)制的位位數(shù)，且高高位在內(nèi)，，低位在外外。其分辨辨角θ＝360o/24=22.5o，若是n位二進(jìn)制碼碼盤(pán)，就有n圈碼道，分分辨角θ＝360o/2n，碼盤(pán)位數(shù)越越大，所能能分辨的角角度越小，，測(cè)量精度度越高。若若要提高分分辨力，就就必須增多多碼道，即即二進(jìn)制位位數(shù)增多。。目前接觸觸式碼盤(pán)一一般可以做做到9位二進(jìn)制，，光電式碼碼盤(pán)可以做做到18位二進(jìn)制。。用二進(jìn)制代代碼做的碼碼盤(pán)，如果果電刷安裝裝不準(zhǔn)，會(huì)會(huì)使得個(gè)別別電刷錯(cuò)位位，而出現(xiàn)現(xiàn)很大的數(shù)數(shù)值誤差。。如圖5-12，當(dāng)電刷由由位置0111向1000過(guò)渡時(shí)，可可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)從8（1000）到15（1111）之間的讀讀數(shù)誤差，，一般稱這這種誤差為為非單值性性誤差。為為消除這種種誤差，可可采用葛萊萊碼盤(pán)。圖5-13葛萊碼盤(pán)圖5-12四位二進(jìn)制制碼盤(pán)非單單值性誤差差圖5-13為葛萊碼盤(pán)盤(pán)，其各碼碼道的數(shù)碼碼不同時(shí)改改變，任何何兩個(gè)相鄰鄰數(shù)碼間只只有一位是是變化的，，每次只切切換一位數(shù)數(shù)，把誤差差控制在最最小范圍內(nèi)內(nèi)。二進(jìn)制制碼轉(zhuǎn)換成成葛萊碼的的法則是：：將二進(jìn)制制碼右移一一位并舍去去末位的數(shù)數(shù)碼，再與與二進(jìn)制數(shù)數(shù)碼作不進(jìn)進(jìn)位加法，，結(jié)果即為為葛萊碼。。例如，二進(jìn)進(jìn)制碼1101對(duì)應(yīng)的葛萊萊碼為1011，其演算過(guò)過(guò)程如下：：1101（二進(jìn)制碼碼）1101（不進(jìn)位相相加，舍去去末位）1011（葛萊碼））二、增量式式脈沖編碼碼器增量式脈沖沖編碼器分分光電式、、接觸式和和電磁感應(yīng)應(yīng)式三種。。就精度和和可靠性來(lái)來(lái)講，光電電式脈沖編編碼器優(yōu)于于其它兩種種，它的型型號(hào)是用脈脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）來(lái)區(qū)分，數(shù)數(shù)控機(jī)床常常用2000、2500、3000p/r等，現(xiàn)在已已有每轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)10萬(wàn)個(gè)脈沖的的脈沖編碼碼器。脈沖沖編碼器除除用于角度度檢測(cè)外，，還可以用用于速度檢檢測(cè)。光電式脈沖沖編碼器通通常與電機(jī)機(jī)做在一起起，或者安安裝在電機(jī)機(jī)非軸伸端端，電動(dòng)機(jī)機(jī)可直接與與滾珠絲杠杠相連，或或通過(guò)減速速比為i的減速齒輪輪，然后與與滾珠絲杠杠相連，那那么每個(gè)脈脈沖對(duì)應(yīng)機(jī)機(jī)床工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)的距距離可用下下式計(jì)算：式中—脈沖當(dāng)量（（mm/脈沖）；S—滾珠絲杠的的導(dǎo)程（mm）；i—減速齒輪的的減速比；；M—脈沖編碼器器每轉(zhuǎn)的脈脈沖數(shù)（p/r）。圖5-14光電式脈沖沖編碼器結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖圖光電式脈沖沖編碼器，，它由光源源、聚光鏡鏡、光電盤(pán)盤(pán)、圓盤(pán)、、光電元件件和信號(hào)處處理電路等等組成（圖圖5-14）。光電盤(pán)盤(pán)是用玻璃璃材料研磨磨拋光制成成，玻璃表表面在真空空中鍍上一一層不透光光的鉻，然然后用照相相腐蝕法在在上面制成成向心透光光窄縫。透透光窄縫在在圓周上等等分，其數(shù)數(shù)量從幾百百條到幾千千條不等。。圓盤(pán)也用用玻璃材料料研磨拋光光制成，其其透光窄縫縫為兩條，，每一條后后面安裝有有一只光電電元件。光光電盤(pán)與工工作軸連在在一起，，光電盤(pán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)個(gè)縫隙就發(fā)發(fā)生一次光光線的明暗暗變化，光光電元件把把通過(guò)光電電盤(pán)和圓盤(pán)盤(pán)射來(lái)的忽忽明忽暗的的光信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為近似似正弦波的的電信號(hào)，，經(jīng)過(guò)整形形、放大、、和微分處處理后，輸輸出脈沖信信號(hào)。通過(guò)過(guò)記錄脈沖沖的數(shù)目，，就可以測(cè)測(cè)出轉(zhuǎn)角。。測(cè)出脈沖沖的變化率率，即單位位時(shí)間脈沖沖的數(shù)目，，就可以求求出速度。。為了判斷旋旋轉(zhuǎn)方向，，圓盤(pán)的兩兩個(gè)窄縫距距離彼此錯(cuò)錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，使兩兩個(gè)光電元元件輸出信信號(hào)相位差差900。如圖5-15所示，A、B信號(hào)為具有有900相位差的正正弦波，經(jīng)經(jīng)放大和整整形變?yōu)榉椒讲ˋ1、B1。設(shè)A相比B相超前時(shí)為為正方向旋旋轉(zhuǎn)，則B相超前A相就是負(fù)方方向旋轉(zhuǎn)，，利用A相與B相的相位關(guān)關(guān)系可以判判別旋轉(zhuǎn)方方向。此外，在光光電盤(pán)的里里圈不透光光圓環(huán)上還還刻有一條條透光條紋紋，用以產(chǎn)產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一一個(gè)的零位位脈沖信號(hào)號(hào)，它是軸軸旋轉(zhuǎn)一周周在固定位位置上產(chǎn)生生一個(gè)脈沖沖。電流流AB節(jié)距距ωtA1B1900圖5-15脈沖沖編編碼碼器器輸輸出出波波形形在數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床上上，，光光電電脈脈沖沖編編碼碼器器作作為為位位置置檢檢測(cè)測(cè)裝裝置置，，用用在在數(shù)數(shù)字字比比較較伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，將將位位置置檢檢測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)反反饋饋給給CNC裝置。圖5-16所示為辨辨向環(huán)節(jié)節(jié)框圖和和波形圖圖。脈沖沖編碼器器輸出的的交變信信號(hào)經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)差分驅(qū)驅(qū)動(dòng)和差差分接收收進(jìn)入CNC裝置，再再經(jīng)過(guò)整整形放大大電路變變成二個(gè)個(gè)方波系系列。。將將和和它的反反向信號(hào)號(hào)微微分（（上升沿沿微分））后得到到和和脈脈沖沖系列，，作為加加、減計(jì)計(jì)數(shù)脈沖沖。路方波信信號(hào)被用用作加、、減計(jì)數(shù)數(shù)脈沖的的控制信信號(hào)，正正走時(shí)（（A超前B），由Y2門(mén)輸出加加計(jì)數(shù)脈脈沖，此此時(shí)Y1門(mén)輸出為為低電平平（圖5-16）；反走走時(shí)（B超前A），由Y1門(mén)輸出減減計(jì)數(shù)脈脈沖，此此時(shí)Y2門(mén)輸出為為低電平平。這種種讀數(shù)方方式每次次反映的的都是相相對(duì)于上上一次讀讀數(shù)的增增量，而而不能反反映轉(zhuǎn)軸軸在空間間的絕對(duì)對(duì)位置，，所以是是增量讀讀數(shù)法。。光電脈沖沖編碼器器用于數(shù)數(shù)字脈沖沖比較伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)（圖5-17）的工作作原理如如下：光光電脈沖沖編碼器器與伺服服電機(jī)的的轉(zhuǎn)軸連連接，隨隨著電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生脈脈沖序列列，其脈脈沖的頻頻率將隨隨著轉(zhuǎn)速速的快慢慢而升降降。若工工作臺(tái)靜靜止，指指令脈沖沖和反饋饋脈沖都都為零，，兩路脈脈沖送入入數(shù)字脈脈沖比較較器中進(jìn)進(jìn)行比較較，結(jié)果果輸出也也為零。。因伺服服電機(jī)的的速度給給定為零零，工作作臺(tái)依然然不動(dòng)。。隨著指指令脈沖沖的輸出出，指令令脈沖不不為零，，在工作作臺(tái)尚未未移動(dòng)之之前，反反饋脈沖沖仍為零零，比較較器輸出出指令信信號(hào)與反反饋信號(hào)號(hào)的差值值，經(jīng)放放大后，，驅(qū)動(dòng)電電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)。。電機(jī)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)后，，光電脈脈沖編碼碼器將輸輸出反饋饋脈沖送送入比較較器，與與指令脈脈沖進(jìn)行行比較，，如果偏偏差不為為零，工工作臺(tái)繼繼續(xù)移動(dòng)動(dòng)，不斷斷反饋，，直到偏偏差為零零，即反反饋脈沖沖數(shù)等于于指令脈脈沖數(shù)時(shí)時(shí)，工作作臺(tái)停在在指令規(guī)規(guī)定的位位置上。。減計(jì)數(shù)加計(jì)數(shù)圖5-16辨向環(huán)節(jié)節(jié)框圖和和波形圖圖差分整形放大Y1微分差分整形放大Y21微分圖5-16辨向環(huán)節(jié)節(jié)框圖和和波形圖圖圖5-17數(shù)字比較較伺服系系統(tǒng)編碼器在在數(shù)控機(jī)機(jī)床中的的應(yīng)用1、位移測(cè)測(cè)量思考：如如果某帶帶光電編編碼器的的伺服電電機(jī)與滾滾珠絲桿桿直連，，光電編編碼器1024脈沖/轉(zhuǎn)，絲桿桿螺距8mm，若在某某段時(shí)間間內(nèi)，數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)共計(jì)連連續(xù)接收收到10240個(gè)脈沖，，那么，，絲桿移移動(dòng)的距距離是多多少？編碼器在在位移測(cè)測(cè)量過(guò)程程中，可可以用于于工作臺(tái)臺(tái)或者刀刀架的直直線位移移測(cè)量；；也可以以測(cè)量回回轉(zhuǎn)工作作臺(tái)的角角位移。。2、主軸控控制主軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)與坐標(biāo)標(biāo)軸進(jìn)給給同步控控制如：切削削螺紋恒線速度度切削控控制如：車(chē)床床和磨床床進(jìn)行端端面或錐錐形面切切削是地地，為了了保證加加工面粗粗糙度Ra保持一定定的值，，要求刀刀具與工工件接觸觸點(diǎn)的線線速度為為恒值。。隨著刀刀具的徑徑向進(jìn)給給及切削削直徑的的逐漸減減小或增增大，應(yīng)應(yīng)不斷提提高或降降低主軸軸轉(zhuǎn)速，，保持v=2ππDn為常值。。式中v是切削線線速度；；D為工件的的切削直直徑，隨隨刀具進(jìn)進(jìn)給不斷斷變化；；n為主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；D由坐標(biāo)軸軸的位移移檢測(cè)裝裝置，如如光電編編碼器檢檢測(cè)獲得得。上述述數(shù)據(jù)經(jīng)經(jīng)軟件處處理后即即得主軸軸轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)換成成速度控控制信號(hào)號(hào)后至主主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置。。主軸定向向準(zhǔn)停控控制如：機(jī)械械手換刀刀（加工工中心）），主軸軸必須停停在固定定的徑向向位置。。3、測(cè)速利用光電電脈沖的的輸出頻頻率與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速成正正比的原原理。4、零標(biāo)志志脈沖用用于回參參考點(diǎn)控控制采用增量量式位置置檢測(cè)裝裝置時(shí)，，數(shù)控機(jī)機(jī)床通電電后要做做回參考考點(diǎn)操作作。因?yàn)闉?，機(jī)床床斷電后后，會(huì)失失去對(duì)坐坐標(biāo)軸位位置的記記憶，所所以，必必需使坐坐標(biāo)軸回回到某固固定點(diǎn)（（此點(diǎn)稱稱坐標(biāo)系系的原點(diǎn)點(diǎn)或零點(diǎn)點(diǎn)，也稱稱機(jī)床參參考點(diǎn)））。使機(jī)機(jī)床回到到這一點(diǎn)點(diǎn)，稱回回參考點(diǎn)點(diǎn)或回零零操作。?；貐⒖键c(diǎn)點(diǎn)是否正正確，與與檢測(cè)裝裝置中的的零點(diǎn)脈脈沖有相相當(dāng)大的的關(guān)系。。第四節(jié)光柵一、結(jié)構(gòu)構(gòu)光柵種類(lèi)類(lèi)較多。。根據(jù)光光線在光光柵中是是透射還還是反射射分為透透射光柵柵和反射射光柵，，透射光光柵分辨辨率較反反射光柵柵高，其其檢測(cè)精精度可達(dá)達(dá)1μm以上。從從形狀上上看，又又可分為為圓光柵柵和直線線光柵。。圓光柵柵用于測(cè)測(cè)量轉(zhuǎn)角角位移，，直線光光柵用于于檢測(cè)直直線位移移。兩者者工作原原理基本本相似，，本節(jié)著著重介紹紹一種應(yīng)應(yīng)用比較較廣泛的的透射式式直線光光柵。直線光柵柵通常包包括一長(zhǎng)長(zhǎng)和一短短兩塊配配套使用用，其中中長(zhǎng)的稱稱為標(biāo)尺尺光柵或或長(zhǎng)光柵柵，一般般固定在在機(jī)床移移動(dòng)部件件上，要要求與行行程等長(zhǎng)長(zhǎng)。短的的為指示示光柵或或短光柵柵，裝在在機(jī)床固固定部件件上。兩兩光柵尺尺是刻有有均勻密密集線紋紋的透明明玻璃片片，線紋紋密度為為25、50、100、250條/mm等。線紋紋之間距距離相等等，該間間距稱為為柵距，，測(cè)量時(shí)時(shí)它們相相互平行行放置，，并保持持0.05~0.1mm的間隙。。二、工作作原理當(dāng)指示光光柵上的的線紋與與標(biāo)尺光光柵上的的線紋成成一小角角度放置置時(shí)，兩兩光柵尺尺上線紋紋互相交交叉。在在光源的的照射下下，交叉叉點(diǎn)附近近的小區(qū)區(qū)域內(nèi)黑黑線重疊疊，形成成黑色條條紋，其其它部分分為明亮亮條紋，，這種明明暗相間間的條紋紋稱為莫莫爾條紋紋。莫爾爾條紋與與光柵線線紋幾乎乎成垂直直方向排排列。嚴(yán)嚴(yán)格地說(shuō)說(shuō)，是與與兩片光光柵線紋紋夾角的的平分線線相垂直直。莫爾爾條紋具具有如下下特點(diǎn)：：1.放大作用用用W（mm）表示莫爾爾條紋的的寬度，，P(mm)表示柵距距，(rad)為光柵線線紋之間間的夾角角，如圖圖5-18所示則有有(5-8)莫爾條紋紋寬度W與角成反反比，越越小，放放大倍數(shù)數(shù)越大。。2.均化誤差差作用莫爾條紋紋是由光光柵的大大量刻線線共同組組成，例例如，200條/mm的光柵，，10mm寬的光柵柵就由2000條線紋組組成，這這樣?xùn)啪嗑嘀g的的固有相相鄰誤差差就被平平均化了了，消除除了柵距距之間不不均勻造造成的誤誤差。3.莫爾條紋紋的移動(dòng)動(dòng)與柵距距的移動(dòng)動(dòng)成比例例當(dāng)光柵尺尺移動(dòng)一一個(gè)柵距距P時(shí)，莫爾爾條紋也也剛好移移動(dòng)了一一個(gè)條紋紋寬度W。只要通過(guò)過(guò)光電元元件測(cè)出出莫爾條條紋的數(shù)數(shù)目，就就可知道道光柵移移動(dòng)了多多少個(gè)柵柵距，工工作臺(tái)移移動(dòng)的距距離可以以計(jì)算出出來(lái)。若若光柵移移動(dòng)方向向相反，，則莫爾爾條紋移移動(dòng)方向向也相反反（見(jiàn)圖圖5-18）。若標(biāo)尺光光柵不動(dòng)動(dòng)，將指指示光柵柵轉(zhuǎn)一很很小的角角度，兩兩者移動(dòng)動(dòng)方向及及光柵夾夾角關(guān)系系如表5-1所示。因因莫爾條條紋移動(dòng)動(dòng)方向與與光柵移移動(dòng)方向向垂直，，可用檢檢測(cè)垂直直方向?qū)拰挻蟮哪獱枟l紋紋代替光光柵水平平方向移移動(dòng)的微微小距離離。表5-1莫爾條紋紋移動(dòng)方方向與光光柵移動(dòng)動(dòng)方向及及光柵夾夾角的關(guān)關(guān)系Pθ標(biāo)尺光柵柵圖5-18莫爾條紋紋圖5-19光柵測(cè)量量系統(tǒng)光柵測(cè)量量系統(tǒng)如如圖5-19所示，，由光光源、、聚光光鏡、、光柵柵尺、、光電電元件件和驅(qū)驅(qū)動(dòng)線線路組組成。。讀數(shù)數(shù)頭光光源采采用普普通的的燈泡泡，發(fā)發(fā)出輻輻射光光線，，經(jīng)過(guò)過(guò)聚光光鏡后后變?yōu)闉槠叫行泄馐?，照照射光光柵尺尺。光光電元元件（（常使使用硅硅光電電池））接受受透過(guò)過(guò)光柵柵尺光光強(qiáng)信信號(hào)，，并將將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成相應(yīng)應(yīng)的電電壓信信號(hào)。。由于于此信信號(hào)比比較微微弱，，在長(zhǎng)長(zhǎng)距離離傳遞遞時(shí)，，很容容易被被各種種干擾擾信號(hào)號(hào)淹沒(méi)沒(méi)，造造成傳傳遞失失真，，驅(qū)動(dòng)動(dòng)線路路的作作用就就是將將電壓壓信號(hào)號(hào)進(jìn)行行電壓壓和功功率放放大。。除標(biāo)標(biāo)尺光光柵與與工作作臺(tái)一一起移移動(dòng)外外，光光源、、聚光光鏡、、指示示光柵柵、光光電元元件和和驅(qū)動(dòng)動(dòng)線路路均裝裝在一一個(gè)殼殼體內(nèi)內(nèi)，作作成一一個(gè)單單獨(dú)部部件固固定在在機(jī)床床上，，這個(gè)個(gè)部件件稱為為光柵柵讀數(shù)數(shù)頭，，又叫叫光電電轉(zhuǎn)換換器，，其作作用把把光柵柵莫爾爾條紋紋的光光信號(hào)號(hào)變成成電信信號(hào)。。三、應(yīng)應(yīng)用（（光柵柵位移移－數(shù)數(shù)字轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換系系統(tǒng)））當(dāng)光柵柵移動(dòng)動(dòng)一個(gè)個(gè)柵距距，莫莫爾條條紋便便移動(dòng)動(dòng)一個(gè)個(gè)條紋