《數(shù)控機(jī)床6數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)系統(tǒng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控機(jī)床6數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)系統(tǒng)（28頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第六章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)系統(tǒng),第一節(jié) 概述,一、位置檢測(cè)裝置概述及其要求,對(duì)位置精度要求不高的數(shù)控機(jī)械，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)即可滿足要求。而對(duì)位置精度要求高的，一般均應(yīng)是閉環(huán)系統(tǒng)。位置閉環(huán)系統(tǒng)是用位移傳感器測(cè)出工作機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，并輸入計(jì)算機(jī)和預(yù)先給定的理想位置比較，得到差值，再根據(jù)此差值向伺服機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)向理想位置趨近，直到差值為零為止。在閉環(huán)系統(tǒng)中，位置傳感器是位置控制閉環(huán)系統(tǒng)中的重要組成元件，在此系統(tǒng)的反饋通道中，它是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。,位置檢測(cè)系統(tǒng)是CNC系統(tǒng)中較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它與控制部分一樣決定了機(jī)床的精度。因此無(wú)論是從事CNC的開(kāi)發(fā)或是CNC的應(yīng)用都必須掌握位置
2、檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理。 對(duì)于現(xiàn)代CNC的位置檢測(cè)系統(tǒng)，它的基本組成可以分以下幾部分如圖6-1示：,基本傳感器一般采用光柵，同步傳感器，磁柵，光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等基本元件。 正交信號(hào)由基本傳感器產(chǎn)生，再做后續(xù)處理一般都要經(jīng)過(guò)前置放大，這方面可以結(jié)合模擬電子技術(shù)自行分析。細(xì)分電路是一個(gè)專用的電路，對(duì)于正交正弦信號(hào)的細(xì)分一般由一套電阻網(wǎng)絡(luò)組成。 對(duì)于整形判向電路也是電子技術(shù)的一般應(yīng)用。對(duì)于交流信號(hào)的整形往往采用過(guò)需比較加史密特觸發(fā)器即可。而對(duì)判向電路一般都為邏輯電路實(shí)現(xiàn)。難度不大，形式多樣。 可逆計(jì)數(shù)分為硬件式和軟件式兩種，若是硬件式則完全由硬件電路實(shí)現(xiàn)。CNC不斷地讀取可逆計(jì)數(shù)的值用作求給定反饋
3、的差值。若是軟件式可逆記數(shù)器則要求每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖申請(qǐng)中斷，在中斷服務(wù)程序中作加或減的計(jì)數(shù)，最后完成可逆計(jì)數(shù)。 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)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測(cè)位移量，并發(fā)出反饋信號(hào)與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直至偏差等于零為止。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，必須提高檢測(cè)元件和檢測(cè)系統(tǒng)的精度，不同類型的數(shù)控機(jī)床，對(duì)元件和檢測(cè)系統(tǒng)的精度要,求，允許的最高移動(dòng)速度各不相同。一般要求檢檢測(cè)元件的分辨度(檢測(cè)元件能檢測(cè)的最小位移量)在0.00010.01mm之內(nèi)，測(cè)量精度為0.00100.02mm/m，運(yùn)動(dòng)速度為024m/
4、min。 數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求如下： 1)受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)： 2)在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿足精度相速度的要求； 3)使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境； 4)成本低。,二、位置檢測(cè)裝置的分類,按工作條件和測(cè)量要求不同、可采用不同的測(cè)量方式。 (一)數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量 1數(shù)字式測(cè)量 數(shù)字式測(cè)量是將被測(cè)的量以數(shù)字的形式來(lái)表示。測(cè)量信號(hào)一般為電脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。如光柵位置檢測(cè)裝置。數(shù)字式測(cè)量裝置的特點(diǎn)是： 1)被測(cè)的量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理， 2)測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，和量程基本上無(wú)關(guān)(但存在累積誤差)；
5、 3)切量裝置比較簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力較強(qiáng)。,2模擬式測(cè)量 模擬式測(cè)量是特鉸測(cè)的量用連續(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)量主要用于小量程的測(cè)量，如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距(2mm)內(nèi)的信號(hào)相位變化等。在大量程內(nèi)作精確的模擬式測(cè)量時(shí)，對(duì)技術(shù)要求較高。模擬式測(cè)量的特點(diǎn)是： 1)直接測(cè)量被測(cè)的量，無(wú)需變換， 2)在小量程內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量，技術(shù)上較為成熟。如用旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。,(二)增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量 1增量式測(cè)量 增量式測(cè)量的持點(diǎn)是：只測(cè)位移量，如測(cè)量單位為0.01mm，則每移動(dòng)0.01mm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)都可作為測(cè)
6、量的起點(diǎn)。在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床上大都采用這種測(cè)量方式。典型的測(cè)量元件有感應(yīng)同步器、光柵、磁尺等。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)讀出的，一旦計(jì)數(shù)有誤，以后的測(cè)量結(jié)果則完全錯(cuò)誤。因此，在增量式檢測(cè)系統(tǒng)中，基點(diǎn)特別重要。此外，由于某種事故(如停電、刀具損的而停機(jī)，當(dāng)事故排除后不能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置，這是由于這種測(cè)量方式?jīng)]有一個(gè)特定的標(biāo)記，必須將執(zhí)行部件移至起始點(diǎn)重新計(jì)數(shù)才能找到事故前的正確位置。下面介紹的絕對(duì)式測(cè)量裝置可以克服以上缺點(diǎn)。 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。裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤(pán)中對(duì)
7、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)也就愈復(fù)雜。,(三)直接測(cè)量和間接測(cè)量 l直接測(cè)量 直接測(cè)量是將檢測(cè)裝置直接安裝在執(zhí)行部件上，如光柵、感應(yīng)同步器等用來(lái)直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移，其缺點(diǎn)是測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)，因此，不便于在大型數(shù)控機(jī)床上使用。 2間接測(cè)量 間接測(cè)量裝置是將檢測(cè)裝置安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動(dòng)電機(jī)抽上，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接測(cè)量執(zhí)行部件的直線位移。間接測(cè)量方便可靠，無(wú)長(zhǎng)度限制。其缺點(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。,第二節(jié) 正交、正弦信號(hào)的細(xì)分及判向電路,一
8、、細(xì)分電路,所謂正交正弦信號(hào)即,(v),(v),其中為 位移量,寫(xiě)成相量式：,(v),(v),我們以十六細(xì)分為例把這兩個(gè)信號(hào)接到一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)上。如圖6-2所示： 我們根據(jù)相量運(yùn)算的方法可以求得 的值。如圖6-3所示： 可以理解，當(dāng)精確調(diào)整好 ，完全可以把 的16個(gè)正弦波的相位差間隔調(diào)到 ,得到16個(gè)正弦波。先不管這16個(gè)正弦波的幅度。我只須將這16路信號(hào)經(jīng)過(guò)個(gè)自的過(guò)零比較器，即可得到間隔 的16個(gè)方波。再經(jīng)后面的微分，判向，可逆計(jì)數(shù)等電路完成位移檢測(cè)。,二、判向及可逆計(jì)數(shù) 現(xiàn)代數(shù)控裝置中軟件的作用越來(lái)越大，在很多問(wèn)題的處理方面。軟硬件結(jié)合的作法越來(lái)越多。概述中提及的整形判向，可逆計(jì)數(shù)器現(xiàn)在很少
9、有人采取獨(dú)立硬件環(huán)節(jié)來(lái)組合。這里我們介紹一種軟硬結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)判向可逆計(jì)數(shù)的方法。 1.硬件原理圖如圖6-4 518為8位數(shù)據(jù)比較器， 分別為 經(jīng)過(guò)零比較器后的方波， 為兩個(gè)377的輸出，均為CPU控制。工作時(shí)若 未發(fā)生變化時(shí)OUT1或OUT2中必有一個(gè)為“0”產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU在中斷服務(wù)程序中完成對(duì) 的采樣，并重置 使OUT1、OUT2重變?yōu)椤?”，最后根據(jù) 的狀態(tài)與前一狀態(tài)比較后作軟件式可逆計(jì)數(shù)器的加或減，完成可逆計(jì)數(shù)。,2.數(shù)據(jù)比較及重置位的邏輯關(guān)系 根據(jù)數(shù)據(jù)比較器的邏輯關(guān)系得：,OUT1=,OUT2=,= OUT1 OUT2,由于518為8位數(shù)據(jù)比較器，故對(duì)于16位采用了兩個(gè)51
10、8芯片，245作為CPU采樣u1u16狀態(tài)的三態(tài)門(mén)。便于CPU讀入u1u16，377為重置518所用的輸出鎖存器。設(shè)u1從0變?yōu)?時(shí)，此時(shí) 必為0，OUT1也變?yōu)?。 當(dāng)然也跳至0申請(qǐng)中斷。CPU根據(jù)u1u16的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)u2變化了，那么就置 ，并輸出至377。使 重新變?yōu)?，OUT1也重新變?yōu)?。CPU在中斷服務(wù)程序中立即作可逆計(jì)數(shù)的工作，完成后中斷返回。,3、軟件工作過(guò)程 這里的軟件工作過(guò)程主要是指中斷服務(wù)程序。其任務(wù)為： 完成u1u16的讀取。 求出可逆計(jì)數(shù)的增量（+1為：01H，-1為OFFH）。 可逆計(jì)數(shù)。 重置518后中斷返回。 軟件板圖如圖6-5,圖6-5 判向可逆計(jì)數(shù)軟件框圖,軟
11、件板圖中，查表得狀態(tài)序號(hào)就是根據(jù)u1u16次序號(hào)的不同定義了OOOFH十六個(gè)狀態(tài)值。事實(shí)上u1u16的變化都是按次序改變的。正轉(zhuǎn)時(shí)從： u1u16方向依次變化。反轉(zhuǎn)時(shí)，按 u16u1方向依次變化。正轉(zhuǎn)時(shí)，增量總是為01H，反轉(zhuǎn)時(shí)，增量總是為0FFH。只要把此增量與可逆計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值相加并進(jìn)行多位操作，便可完成可逆計(jì)數(shù)器的操作。 對(duì)于版圖中其它操作都不難理解，讀者在編程時(shí)可以展開(kāi)。,第三節(jié) 感應(yīng)同步器測(cè)位移,感應(yīng)同步器是根據(jù)電磁耦合原理將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的。一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 直線式感應(yīng)同步器由定尺1和滑尺2兩部分組成，定尺和滑尺均用鋼板作基本，用絕緣粘結(jié)劑將銅箔粘貼在基體上。用照
12、相腐蝕的方法制成矩齒形平面繞組。示意圖如圖6-6。 在滑尺的銅箔繞組上面用絕緣的粘結(jié)劑貼一層鋁箔，以防止靜電感應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)式直線式感應(yīng)同步器的定尺長(zhǎng)為250mm，當(dāng)被測(cè)位移移較長(zhǎng)時(shí)，可用多個(gè)定尺連接起來(lái)。定尺上的繞組是節(jié)距為2mm的單相連續(xù)繞組?；弑榷ǔ叨桃恍袃蓚€(gè)節(jié)距為2mm的繞組A和B。繞組A稱為正弦繞組，繞組B稱為余弦繞組。它們相對(duì)于定尺繞組錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子1和定子2組成。用于直線式感應(yīng)同步器相同的方法制成轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組。所不同的是繞組排列成輻射狀，如圖6-7所示。轉(zhuǎn)子繞組是單向均勻連續(xù)的。定子繞組亦分為A和B，相對(duì)于定子繞組錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距。,使用時(shí)，對(duì)于直
13、線式感應(yīng)同步器，定尺固定在不動(dòng)的部件上，滑尺固定在移動(dòng)的部件上。對(duì)于旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子固定在不動(dòng)的部件上，轉(zhuǎn)子固定在移動(dòng)的部件上。定尺與滑尺的兩個(gè)繞組表面平行其間隙為0.050.25mm，定子與半徑的平面繞組也平行。其間隙為0.050.25mm。 測(cè)量時(shí)，滑子（或定子）的兩個(gè)繞組A、B各供給一個(gè)交流勵(lì)磁電壓、，則定尺（或轉(zhuǎn)子）上的繞組由于電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生與勵(lì)磁電壓同頻率的交變感應(yīng)電勢(shì)。當(dāng)消尺相對(duì)于定尺或轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)時(shí)，因它們的繞組位置改變，使定子繞組（或轉(zhuǎn)子繞組）的磁鏈改變，感應(yīng)電勢(shì)也就隨著發(fā)生變化。 為了說(shuō)明定尺的感應(yīng)電勢(shì)是隨著定尺的相對(duì)位置的改變而變化。下面闡述直線式感應(yīng)同步器定
14、尺與滑尺的四個(gè)不同位置（圖6-8）。如果只對(duì)A繞組供給交變的勵(lì)磁電壓uA，在 繞組中產(chǎn)生電流，因而繞組周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，設(shè)如圖所示。當(dāng)滑尺右行至圖中1的位置時(shí)，定尺繞組與滑尺繞組完全重合，定尺繞組磁鏈最大，感應(yīng)電勢(shì)eA最大。當(dāng)滑尺繼續(xù)右行，由于定尺繞組磁鏈減小，感應(yīng)電勢(shì)也下降。當(dāng)滑尺右行1/4節(jié)距，即圖中2的位置時(shí)，定尺繞組磁鏈的磁通正負(fù)摻半相互抵消，因而感應(yīng)電勢(shì)為零?；呃^續(xù)右行，反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，當(dāng)滑尺滑行1/2節(jié)距，即圖中3的位置時(shí)，定尺繞組磁鏈的磁通反向，因而產(chǎn)生負(fù)向最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。繼續(xù)右行至圖中4的位置，即滑行3/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又為零。當(dāng)滑行一個(gè)節(jié)距是，即圖中的5位置時(shí)，又與
15、1相同，由此可見(jiàn)，滑尺在定尺上滑動(dòng)一個(gè)節(jié)距，定尺繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eA的變化就經(jīng)歷一個(gè)周期，其波形是一個(gè)余弦函數(shù)。即,=,(6.3.1),式中 uA滑尺繞組A的勵(lì)磁電壓 k定尺和滑尺的電磁偶合電壓系數(shù)；,相對(duì)于滑尺和定尺相對(duì)位移的折算角,在僅對(duì)滑尺的繞組B供給勵(lì)磁電壓的情況下，當(dāng)滑尺右行時(shí)，定子繞組相差1/4節(jié)距，所以感應(yīng)電勢(shì)的波形滯后，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： = (6.3.2),當(dāng)對(duì)兩個(gè)繞組同時(shí)供給勵(lì)磁電壓，滑尺移動(dòng)時(shí)，定磁繞組的總感應(yīng)電勢(shì)為上述兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì)的代數(shù)和，即 （6.3.3）,實(shí)際使用時(shí)，繞組A和B上分別加頻率與幅值均相同的正弦變化與余弦變化的勵(lì)磁電壓 （6.3.4） (6.3.5),將式（
16、6.3.4）和式(6.3.5)代入式(6.3.3)得 （6.3.6） 由于電磁耦合系數(shù)K以及勵(lì)磁電壓的幅值和頻率均不變，定尺的感應(yīng)電勢(shì)e只與角度 有關(guān)。如果繞組的節(jié)距為L(zhǎng)，滑尺和定尺相對(duì)移動(dòng)S距離時(shí)，則 （6.3.7） 說(shuō)明節(jié)距一定時(shí)角度與位移有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，只要測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)的相對(duì)，就可推算滑尺和定尺相對(duì)移動(dòng)的距離，進(jìn)而測(cè)得運(yùn)動(dòng)部件的距離。,感應(yīng)同步器的測(cè)量電路通常分鑒相式測(cè)量電路和鑒幅式測(cè)量電路。圖6-9是數(shù)字式感 應(yīng)同步器鑒相式測(cè)量電路的方框圖。信號(hào)源產(chǎn)生兩個(gè)振幅相同而相位差的正弦信號(hào)電壓和余弦信號(hào)電壓，供給感應(yīng)同步器滑尺的A、B繞組。定尺上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，經(jīng)前置放大整形后變?yōu)榉讲?/p>
17、，并和參考信號(hào)方波送入鑒相器。鑒相器的輸出是感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)與參考信號(hào)的相位差，且反映出其正負(fù)。相位信號(hào)經(jīng)相位/脈沖變換電路后產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖及方向信號(hào)。該計(jì)數(shù)脈沖及方向信號(hào)用來(lái)控制可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，正方移動(dòng)時(shí)加，反方移動(dòng)時(shí)減，最后完成位移的測(cè)量。 用感應(yīng)同步器測(cè)量位移，其特點(diǎn)是量程范圍較寬，若用多個(gè)定尺連接起來(lái)，量程可達(dá)數(shù)米，分辨率也較高，可達(dá)1um。,第四節(jié) 光柵測(cè)位移,光柵是一種在基體上刻有等間距均勻分布的條紋的光學(xué)元件。用于位移測(cè)量的光柵稱為計(jì)量光柵，按照光路可分為透射光柵和反射光柵。按結(jié)構(gòu)形式則有長(zhǎng)光柵和圓光柵之分。圖6-10為透射光柵的示意圖，圖中a為刻線寬度，b為縫隙寬度，ab=w稱為光柵
18、的柵距，通常情況下a=b.線紋密度一般為每毫米100、50、25和10線。 光柵分標(biāo)尺光柵和指示光柵。標(biāo)尺光柵的有效長(zhǎng)度即為測(cè)量范圍（標(biāo)尺光柵還可接長(zhǎng)來(lái)擴(kuò)大測(cè)量范圍）。指示光柵比標(biāo)尺光柵短得多，但兩者刻有同樣密度的線紋。使用時(shí)兩片光柵相互重疊，兩者相距一個(gè)微小的距離d，使其中一片固定，另一片隨著被測(cè)物體移動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量。 光柵用于測(cè)量的基本原理是利用莫爾條紋。當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個(gè)微小夾角時(shí)，由于擋光效應(yīng)（對(duì)線紋密度50條/mm的光柵）或光的衍射作用（對(duì)線紋密度100條/mm的光柵），在光柵線紋大致垂直的方向上，產(chǎn)生明暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋”，如圖6-11所示。
19、,光柵用于測(cè)量的基本原理是利用莫爾條紋。當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個(gè)微小夾角時(shí)，由于擋光效應(yīng)（對(duì)線紋密度50條/mm的光柵）或光的衍射作用（對(duì)線紋密度100條/mm的光柵），在光柵線紋大致垂直的方向上，產(chǎn)生明暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋”，如圖6-11所示。 莫爾條紋有如下特點(diǎn)： 1、當(dāng)光柵在橫向沿刻線的垂直方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋在刻線方向移動(dòng)。兩光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋也同步移動(dòng)一個(gè)間距BH，固定點(diǎn)上的光強(qiáng)則變化一周，而且在光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋的移動(dòng)方向也隨之反向。,2、莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角之間的關(guān)系為,式中，BH莫爾條紋間距；,光柵柵距； 兩光柵刻線間的
20、夾角（rad）。,3、莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)線紋的刻劃誤差有平均抵消作用。能 在很大程度上消除刻線的不均勻誤差的影響。 若用光電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化，則將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)（電壓或電流）輸出，輸出的幅值可用光柵位移量X的余弦函數(shù)表示。以電壓輸出而言： (6.4.2) 式中 u 光電元件的電壓信號(hào) uav輸出信號(hào)中的平均直流分量 um輸出信號(hào)的幅值 x兩光柵瞬時(shí)相對(duì)唯一,將此電壓信號(hào)放大，整形變?yōu)榉讲?，?jīng)微分電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，再經(jīng)辯向電路的可逆計(jì)數(shù)器，則可以顯示出位移量，位移量為脈沖與柵距的乘積。對(duì)整形、判向、可逆計(jì)數(shù)器在第一節(jié)、第二節(jié)中已敘述過(guò)。 隨著細(xì)分的路
21、數(shù)增加，光柵位移的分辨力就提高，但受調(diào)試難度及電路元件參數(shù)的限制細(xì)分路數(shù)不能無(wú)限增大，一般分辨力在0.1-0.2就屬高精度了。光柵的測(cè)量范圍大（幾乎不受限制），動(dòng)態(tài)范圍寬且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量和自動(dòng)控制。光柵測(cè)量是精密測(cè)量中應(yīng)用較多的一種檢測(cè)方法。其缺點(diǎn)是對(duì)使用環(huán)境要求較高，在現(xiàn)場(chǎng)使用要求密封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。,第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量角位移,旋轉(zhuǎn)變壓器是用來(lái)測(cè)量角位移的測(cè)量裝置。當(dāng)以一定頻率（一般為400HZ或更高）的交流電壓加于勵(lì)磁繞組時(shí)，輸出線阻的電壓幅值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。前一種稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于大角位移的絕對(duì)測(cè)量
22、；后一種稱為線形旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于小角位移的相對(duì)測(cè)量。 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，一般做成兩極電機(jī)的形式。在定子上有勵(lì)磁繞組與輔助繞組，他們的軸線互成。在轉(zhuǎn)子上有兩個(gè)輸出繞組正弦輸出繞組和余弦輸出繞組，這兩個(gè)繞組的軸線也互成（圖6-12）。 當(dāng)給定子的勵(lì)磁組加上等幅的交流電壓us1時(shí)，在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)繞組上將分別產(chǎn)生輸出電壓uR1和uR2，其大小與轉(zhuǎn)子偏離零位的轉(zhuǎn)角 有如下關(guān)系：,(6.5.1),(6.5.2),式中， 旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓比； 轉(zhuǎn)子、定子繞組的匝數(shù)； 加于勵(lì)磁繞組的交流電壓（V）,當(dāng)輸出繞組接有負(fù)載時(shí)，就有電流通過(guò)輸出繞組并產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通，使氣隙中磁場(chǎng)發(fā)生畸變。這時(shí)，
23、輸出電壓就有一定的變化。為了減少這種變化，旋轉(zhuǎn)變壓器在工作時(shí)，應(yīng)將輔助繞組D3D4短接，或在Z1Z2、Z3Z4 兩輸出繞組上接對(duì)稱負(fù)載，為提高旋轉(zhuǎn)變壓器的工作精確度，其負(fù)載阻抗應(yīng)盡量的大。 線形旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)際上也是正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，不同的是線形旋轉(zhuǎn)變壓器采用了特定的變壓比Ke 和接線方式（圖6.3.3），這樣使得在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為 ），其輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 成線形關(guān)系。此時(shí)輸出電壓 為,(6.5.3),根據(jù)此公式，選定變比Ke 及允許的非線性，就可推斷出滿足線性關(guān)系的轉(zhuǎn)角范圍。如取 Ke=0.54，非線性不超過(guò) ，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角范圍可達(dá) ，在此范圍內(nèi)，輸出電壓與 轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系（圖6-1
24、3）。,第六節(jié) 編碼器測(cè)角位移,編碼盤(pán)又稱為角度編碼器。按不同的讀數(shù)方法，可分為絕對(duì)碼盤(pán)和增量碼盤(pán)兩種；按其不同的工作原理，又可分為接觸式、光電式和電磁式等幾種。但在現(xiàn)代數(shù)控中，增量碼盤(pán)用得最多，分析如下： 圖6-14是一種增量型光電編碼器的結(jié)構(gòu)圖。被測(cè)軸插入編碼器的轉(zhuǎn)子3的孔中，并用,法蘭5將編碼器固定到軸4的端蓋上，旋緊轉(zhuǎn)子11中的螺釘后，轉(zhuǎn)子即帶動(dòng)固定在它上面的玻璃刻線盤(pán)1一起旋轉(zhuǎn)。玻璃制成的掃描刻板9固定在定子2上，并和刻線盤(pán)1相隔一很小的間隙?？叹€盤(pán)上均勻地刻有許多徑向直線，刻線的寬度和兩根刻線之間的間隔寬度基本相同。經(jīng)過(guò)蒸汽處理后，使刻線不透光，向刻線間的間隙透光。掃描刻線板9上沿
25、徑向有4個(gè)小的刻線區(qū)，每個(gè)小的刻線區(qū)刻線情況與刻線盤(pán)1相同。每個(gè)小刻線之間錯(cuò)開(kāi)1/2刻線寬度，即1/4刻線周期。燈泡6發(fā)出的光線經(jīng)透鏡8投射到掃描刻線板和刻線盤(pán)上，當(dāng)刻線盤(pán)上的刻線正好轉(zhuǎn)到與掃描刻線板上的間隙相對(duì)時(shí)，光線被全部遮蔽，如果在刻線盤(pán)的背后放一個(gè)光屏，光屏上出現(xiàn)一個(gè)暗區(qū)。從此位置，刻線盤(pán)再轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)刻線周期，則刻線盤(pán)上的刻線正好與掃描刻線板上的刻線對(duì)齊。投射光線可通過(guò)兩個(gè)間隙區(qū)到達(dá)光屏上，形成明區(qū)。在掃描刻線板背后與掃描刻線板上4個(gè)刻線區(qū)相對(duì)應(yīng)的位置安放4個(gè)光電元件，則當(dāng)刻線盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，投射到光電元件的光線將產(chǎn)生明暗交替的變化，相應(yīng)地光電元件的輸出信號(hào)也將產(chǎn)生強(qiáng)、弱交替的變化?？叹€盤(pán)每旋
26、轉(zhuǎn)一個(gè)刻線周期，光電元件的輸出信號(hào)強(qiáng)、弱交替一次。由于4個(gè)刻線小區(qū)順序錯(cuò)開(kāi)1/4刻線周期，所以4個(gè)光電元件的輸出信號(hào)也順序滯后1/4周期。其變化規(guī)律與前述光柵輸出信號(hào)相同。將4個(gè)輸出信號(hào)進(jìn)行與光柵輸出信號(hào)同樣的方法處理，即把輸出信號(hào)中的交流分量相差 的兩個(gè)信號(hào)相減，就可得到相位相差 的兩個(gè)正弦信號(hào) 、 ，再將此兩個(gè)正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、整形，就可得到相位相差 的兩個(gè)方波系列 與 （圖6-15）。為了得到轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)數(shù)，在掃描刻線板和刻線盤(pán)上再加刻一個(gè)刻線情況相同的參考標(biāo)志刻線區(qū)。此刻線區(qū)可以是一根粗線，也可以是一組細(xì)線。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一圈，它發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，可用來(lái)計(jì)數(shù)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。 將上述碼盤(pán)稱為增量碼盤(pán)是因?yàn)樗妮敵霾荒芊从侈D(zhuǎn)軸的絕對(duì)位置，只能反映兩次讀數(shù)之間轉(zhuǎn)軸角位移的增量。不難理解這種編碼的最小可分辨角度（又稱為測(cè)量步幅），是兩個(gè)方波系列相鄰的兩個(gè)前沿或后沿之間所對(duì)應(yīng)的角度，即1/4刻線周期。例如，設(shè)刻線盤(pán)的刻線數(shù)是900 ，配合電子器等分電路，則其測(cè)量步幅 360/（4*900）= ，如果刻,線數(shù)再提高，組分程度再增加，則測(cè)量步幅可進(jìn)一步減少，現(xiàn)徑向刻線可達(dá)36000根，組分可達(dá)二百分之一。所以測(cè)量步幅可達(dá) 。,
數(shù)控機(jī)床6數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)系統(tǒng)
