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1、第4章 數(shù)控檢測裝置4.1數(shù)控檢測裝置的概述檢測元件是閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，必須利用位置檢測裝置把機床運動部件的實際位移量隨時檢測出來，與給定的控制值(指令信號)進行比較，從而控制驅(qū)動元件準確運轉(zhuǎn)，使工作臺(或刀具)按規(guī)定的軌跡和坐標移動。因此，位置檢測裝置是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，它的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度和加工精度。為此，對位置檢測裝置提出如下要求： (1)高可靠性和高抗干擾性； (2)滿足精度和速度要求； (3)使用、維護方便，適合機床的運行環(huán)境； (4)成本低，壽命長。 對于不同類型的數(shù)控機床，因工作條件和檢測要求不同，可以采用不同的檢測方式。4

2、.1.1對位置檢測裝置的要求在數(shù)控機床中，數(shù)控裝置是依靠指令值與位置檢測裝置的反饋值進行比較，以此來控制工作臺運動的。位置檢測裝置是CNC系統(tǒng)的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，并將檢測的反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，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動，直到偏差為零為止。為了提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高測量元件和測量系統(tǒng)的精度，不同的數(shù)控機床對測量元件和測量系統(tǒng)的精度要求、允許的最高移動速度各不相同。現(xiàn)在檢測元件與系統(tǒng)的最高水平是：被檢測部件的最高移動速度至240m/min時，其檢測位移的分辨率(能檢測的最小位移量)可達1m，相當于24

3、m/min時可達0.1m。最高分辨率可達0.01m。因此，研制和選用性能優(yōu)越的檢測裝置是很重要的。 。 數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下： (1)受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強； (2)在機床執(zhí)行部件移動范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求； (3)使用維護方便，適應(yīng)機床工作環(huán)境； (4)成本低；(5)易于實現(xiàn)高速的動態(tài)測量。4.1.2檢測裝置的分類按工作條件和測量要求的不同，測量方式亦有不同的劃分方法，位置檢測裝置分類如表41所示。表4l位置檢測裝置分類位置檢測裝置按檢測信號的類型分類數(shù)字式測量光柵，光電碼盤，接觸式碼盤模擬式測量旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器，磁柵按測量裝置

4、編碼方式分類增量式測量光柵，增量式光電碼盤絕對式測量接觸式碼盤，絕對式光電碼盤按檢測方式分類直接測量光柵，感應(yīng)同步器，編碼盤(測回轉(zhuǎn)運動)間接測量編碼盤，旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)控機床伺服系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置基本分為直線型和旋轉(zhuǎn)型兩大類。直線型位置檢測裝置主要用來檢測運動部件的直線位移量；旋轉(zhuǎn)型位置檢測裝置主要用來檢測回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動位移量。常用的位置檢測裝置如圖41所示。圖41 常用的位置檢測裝置除以上位置檢測裝置以外，伺服系統(tǒng)中往往還包括檢測速度的元件，用以檢測和調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。常用的測速元件是測速發(fā)動機。4.2旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種常用的轉(zhuǎn)角檢測元件，由于它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，且其精度能滿足一

5、般的檢測要求，因此被廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床上。 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和兩相繞線式異步電動機的結(jié)構(gòu)相似，可分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯由鐵鎳軟磁合金或硅鋼薄板沖成的槽狀芯片疊成。它們的繞組分別嵌入各自的槽狀鐵芯內(nèi)。定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷式和無刷式兩種結(jié)構(gòu)形式。有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器，如圖42所示，它的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但因電刷與滑環(huán)是機械滑動接觸的，所以旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性差，壽命也較短。而無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器卻避免了上述缺陷，在此僅介紹無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器。圖42有刷

6、式旋轉(zhuǎn)變壓器l-轉(zhuǎn)子繞組；2-釘子繞組；3-轉(zhuǎn)子；4-整流子；5-電刷；6-接線柱1、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器又稱為分解器，是一種控制用的微型旋轉(zhuǎn)式的交流電動機，它將機械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號的一種間接測量裝置。在結(jié)構(gòu)上與兩相線繞式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。圖43所示是一種無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)，左邊為分解器，右邊為變壓器。變壓器的作用是將分解器轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電動勢傳輸出來，這樣就省掉了電刷和滑環(huán)。分解器定子繞組為旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊，分解器轉(zhuǎn)子繞組為旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊，勵磁電壓接到原邊，勵磁頻率通常為400Hz、500Hz、1000 Hz、5000 Hz。旋轉(zhuǎn)

7、變壓器結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護方便，輸出信號的幅度大，抗干擾性強，工作可靠。由于旋轉(zhuǎn)變壓器上述特點，可完全替代光電編碼器，被廣泛應(yīng)用在伺服控制系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、機械工具、汽車、電力、冶金、紡織、印刷、航空航天、船舶、兵器、電子、礦山、油田、水利、化工、輕工和建筑等領(lǐng)域的角度、位置檢測系統(tǒng)中。圖43 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)圖1-電動機軸；2-外殼；3-分解器定子；4-變壓器定子繞組；5-變壓器轉(zhuǎn)子繞組；6-變壓器轉(zhuǎn)子；7-變壓器定子；8-分解器轉(zhuǎn)子；9-分解器定子繞組；10-分解器轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它保證了定子與轉(zhuǎn)子之間空隙內(nèi)的磁通分布呈正(余)弦規(guī)律，當定

8、子繞組上加交流勵磁電壓(為交變電壓，頻率為24 kHz)時，通過互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖44所示。圖44 兩級旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理其輸出電壓的大小取決于定子與轉(zhuǎn)子兩個繞組軸線在空間的相對位置臼角。兩者平行時互感最大，副邊的感應(yīng)電動勢也最大；兩者垂直時互感為零，感應(yīng)電動勢也為零。感應(yīng)電動勢隨著轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的角度呈正(余)弦變化，故有U2=KU1cos=KUmsinwtcoa式中：U2為轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢；U1為定子的勵磁電壓；Um為定子勵磁電壓的幅值；為兩繞組軸線之間的夾角；K為變壓比，即兩個繞組匝數(shù)比N1N2。2、旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用使用旋轉(zhuǎn)變壓器作位置檢測元件，有兩種方法：鑒相型應(yīng)用和鑒幅

9、型應(yīng)用。一般采用的是正弦、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子中各有互相垂直的兩個繞組，如圖45所示。圖45 四級旋轉(zhuǎn)變壓器 (1)鑒相型應(yīng)用 在這種狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子兩相正交繞組即正弦繞組s和余弦繞組c中分別加上幅值相等、頻率相同而相位相差90。的正弦交流電壓，如圖43所示，即Us=UmsinwtUc=Umcoswt因為此兩相勵磁電壓會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，所以在轉(zhuǎn)子繞組中(另一繞組短接)感應(yīng)電動勢為U2=Ussin+Uccos上式可變換為U2=KUmsinwtsin+KUmcoswtcos=KUmcos(wt) 測量轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的相位角咿，便可測得轉(zhuǎn)子相對于定子的空間轉(zhuǎn)角位置。在實際應(yīng)用時，把對

10、定子正弦繞組勵磁的交流電壓相位作為基準相位，與轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓相位作比較，來確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的位移。(2)鑒幅型應(yīng)用 在這種應(yīng)用中，定子兩相繞組的勵磁電壓為頻率相同、相位相同而幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓，即Us =UmsinsinwtUc=Umcossinwt勵磁電壓頻率為24 kHz。 定子勵磁信號產(chǎn)生的合成磁通在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢U2，其大小與轉(zhuǎn)子和定子的相對位置m有關(guān)，并與勵磁的幅值Umsin和Umcos有關(guān)，即U2=KUmsin(m)sinwt 如果m =，則U2=0。 從物理意義上理解，m =表示定子繞組合成磁通西與轉(zhuǎn)子繞組的線圈平面平行，即沒有磁力線穿過轉(zhuǎn)子繞組線圈，

11、故感應(yīng)電動勢為零。當中垂直于轉(zhuǎn)子繞組線圈平面時，即m =90時，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢最大。 在實際應(yīng)用中，根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改定子勵磁信號的(即勵磁幅值)，使其跟蹤m的變化。當感應(yīng)電動勢U2的幅值KUmsin(m)為零時，說明臼角的大小就是被測角位移m的大小。4.3感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件，按其結(jié)構(gòu)特點一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。前者用于直線位移測量，后者用于角位移測量。它們的工作原理都與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。感應(yīng)同步器具有檢測精度比較高、抗干擾性強、壽命長、維護方便、成本低、工藝性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)

12、用于數(shù)控機床及各類機床數(shù)顯改造。本節(jié)僅以直線式感應(yīng)同步器為例，對其結(jié)構(gòu)特點和工作原理進行介紹。1、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理直線式感應(yīng)同步器用于直線位移的測量，其結(jié)構(gòu)相當于一個展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器。它的主要部件包括定尺和滑尺，定尺安裝在機床床身上，滑尺則安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動。兩者平行放置，保持0.20.3mm的間隙，如圖46所示。標準的感應(yīng)同步器定尺長250mm，是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組；滑尺長100mm，尺上有兩組勵磁繞組，一組叫正弦勵磁繞組，如圖46中A所示，一組叫余弦勵磁繞組，如圖46中B所示。定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同，用表示。當正弦勵磁繞組與定尺繞組對齊時，余弦勵磁繞

13、組與定尺繞組相差14節(jié)距。由于定尺繞組是均勻的，故表示滑尺上的兩個繞組在空間位置上相差14節(jié)距。即2相位角。定尺和滑尺的基板采用與機床床身材料的熱膨脹系數(shù)相近的低碳鋼，上面有用光學(xué)腐蝕方法制成的銅箔鋸齒形的印刷電路繞組，銅箔與基板之間有一層極薄的絕緣層。在定尺的銅繞組上面涂一層耐腐蝕的絕緣層，以保護尺面。在滑尺的繞組上面用絕緣的黏接劑粘貼一層鋁箔，以防靜電感應(yīng)。感應(yīng)同步器的工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理相似。當勵磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器就是利用這個特點進行測量的。所不同的是，旋轉(zhuǎn)變壓器是定子、轉(zhuǎn)子間的旋

14、轉(zhuǎn)位移，而感應(yīng)同步器是滑尺和定尺問的直線位移。圖46感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖A-正弦勵磁繞組；B-余弦勵磁繞組圖47感應(yīng)同步器的工作原理圖感應(yīng)同步器的工作原理圖如圖47所示，它說明了定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺繞組的相對位置的關(guān)系。若向滑尺上的正弦繞組通以交流勵磁電壓，則在定子繞組中產(chǎn)生勵磁電流，因而繞組周圍產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。這時，如果滑尺處于圖中A點位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重合，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對定尺做平行移動，感應(yīng)電壓逐漸減小。當滑尺移動至圖中B點位置時，即與定尺繞組剛好錯開14節(jié)距時，感應(yīng)電壓為零。再繼續(xù)移至12節(jié)距處，即圖中C點位置時，為最大的負值電壓(即感應(yīng)電壓的幅

15、值與A點相同但極性相反)。再移至34節(jié)距，即圖中D的位置時，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?。當移動到一個節(jié)距位置即圖中E點，又恢復(fù)初始狀態(tài)，即與A點情況相同。顯然，在定尺和滑尺的相對位移中，感應(yīng)電壓呈周期性變化，其波形為余弦函數(shù)。在滑尺移動一個節(jié)距的過程中，感應(yīng)電壓變化了一個余弦周期。 同樣，若在滑尺的余弦繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定尺繞組中感應(yīng)電壓與兩尺相對位移臼的關(guān)系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關(guān)系。2、感應(yīng)同步器的應(yīng)用根據(jù)勵磁繞組中勵磁供電方式的不同，感應(yīng)同步器可分為鑒相工作方式和鑒幅工作方式。鑒相工作方式即將正弦繞組和余弦繞組分別通以頻率相同、幅值相同但相位相差/2的交流勵磁電壓；鑒幅工作方式，則

16、是將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以相位相同、頻率相同但幅值不同的交流勵磁電壓。(1)鑒相方式在這種工作方式下，將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位相差90。的交流電壓，即Us=UmsinwtUc=Umcoswt勵磁信號將在空間產(chǎn)生一個w為頻率移動的行波。磁場切割定尺導(dǎo)片，并在其中感應(yīng)出電勢，該電勢隨著定尺與滑尺相對位置的不同而產(chǎn)生超前或滯后的相位差。按照疊加原理可以直接求出感應(yīng)電勢U0=KUmsinwtcosKUmcoswtsin=KUmsin(wt)在一個節(jié)距內(nèi)，與滑尺移動距離是一一對應(yīng)的，通過測量定尺感應(yīng)電勢相位，便可測出定尺相對滑尺的位移。(2)鑒幅方式在這種工作

17、方式下，將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以頻率相同、相位相同，但幅值不同的交流電壓，即Us=Umsin1sinwtUc=Umcos1sinwt式中的1相當于前式中的。此時，如果滑尺相對定尺移動一個距離d，其對應(yīng)的相移為2，那么，在定尺上的感應(yīng)電勢為U0=KUmsin1sinwtcos2KUmcos1coswtsin2=KUmsin(12)由上式可知，若電氣角1已知，則只要測出U0的幅值KUmsin(12)，便可間接地求出2。感應(yīng)同步器直接對機床進行位移檢測，無中間環(huán)節(jié)影響，所以精度高；其繞組在每個周期內(nèi)的任何時間都可以給出僅與絕對位置相對應(yīng)的單值電壓信號，不受干擾的影響，所以工作可靠，抗干擾性

18、強；定尺與滑尺之間無接觸磨損，安裝簡單，維修方便，壽命長；通過拼接方法，可以增大測量距離的長度；其成本低，工藝性好。正因為其具有如此之多的優(yōu)點，感應(yīng)同步器在實踐中應(yīng)用非常廣泛。4.3光柵光柵分為物理光柵和計量光柵。物理光柵刻線細密，主要用于光譜分析和光波波長的測定。計量光柵，比較而言，刻線較粗，但柵距也較小，一般在0.0040.25 mm之間，主要用于數(shù)字檢測系統(tǒng)。光柵傳感器為動態(tài)測量元件，按運動方式可分為長光柵和圓光柵。長光柵主要用來測量直線位移；圓光柵主要用來測量角度位移。根據(jù)光線在光柵中的運動路徑可分為透射光柵和反射光柵。一般光柵傳感器都是做成增量式的，也可以做成絕對值式的。目前，光柵傳

19、感器主要應(yīng)用在高精度數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)中，其精度僅次于激光式測量。 光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，它主要由光柵尺(包括標尺光柵和指示光柵)和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，如圖48所示。通常，標尺光柵固定在機床的運動部件(如工作臺或絲杠)上，光柵讀數(shù)頭安裝在機床的固定部件(如機床底座)上，兩者隨著工作臺的移動而相對移動。在光柵讀數(shù)頭中，安裝了一個指示光柵，當光柵讀數(shù)頭相對于標尺光柵移動時，指示光柵便在標尺光柵上移動。在安裝光柵時，要嚴格保證標尺光柵和指示光柵的平行度以及兩者之問的間隙(一般取0.05 mm或0.1mm)要求。圖48光柵讀數(shù)頭 光柵尺是用真空鍍膜的方法光刻上均勻密集線紋的

20、透明玻璃片或長條形金屬鏡面。對于長光柵，這些線紋相互平行，各線紋之間的距離相等，稱此距離為柵距。對于圓光柵，這些線紋是等柵距角的向心條紋。柵距和柵距角是決定光柵光學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。常見的長光柵的線紋密度為25、50、100、250條/mm。對于圓光柵，若直徑為70mm，一周內(nèi)刻線達100768條；若直徑為110 mm，一周內(nèi)刻線達6001024條，甚至更高。同一個光柵元件，其標尺光柵和指示光柵的線紋密度必須相同。 光柵讀數(shù)頭由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動電路組成，如圖48所示。讀數(shù)頭的光源一般采用白熾燈泡。白熾燈泡發(fā)出的輻射光線，經(jīng)過透鏡后變成平行光束，照射在光柵尺上。光敏元件是一種將

21、光強信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，它接收透過光柵尺的光強信號，并將其轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號。由于光敏元件產(chǎn)生的電壓信號一般比較微弱，在長距離傳送時很容易被各種干擾信號所淹沒、覆蓋，造成傳送失真。為了保證光敏元件輸出的信號在傳送中不失真，應(yīng)首先將該電壓信號進行功率和電壓放大，然后再進行傳送。驅(qū)動電路就是實現(xiàn)對光敏元件輸出信號進行功率和電壓放大的電路。 如果將指示光柵在其自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)過一個很小的角度，這樣兩塊光柵的刻線相交，當平行光線垂直照射標尺光柵時，則在相交區(qū)域出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱為莫爾條紋。由于兩塊光柵的刻線密度相等，即柵距相等，使產(chǎn)生的莫爾條紋的方向與光柵刻線方向大

22、致垂直。其幾何關(guān)系如圖49所示。當很小時，莫爾條紋的節(jié)距為p=/圖49光柵的工作原理這表明，莫爾條紋的節(jié)距是柵距的1倍。當標尺光柵移動時，莫爾條紋就沿與光柵移動方向垂直的方向移動。當光柵移動一個柵距時，莫爾條紋就相應(yīng)準確地移動一個節(jié)距聲，也就是說兩者一一對應(yīng)。因此，只要讀出移過莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移過了多少個柵距。而柵距在制造光柵時是已知的，所以光柵的移動距離就可以通過光電檢測系統(tǒng)對移過的莫爾條紋進行計數(shù)、處理后自動測量出來。 如果光柵的刻線為100條，即柵距為0.01mm時，人們是無法用肉眼來分辨的，但它的莫爾條紋卻清晰可見。所以莫爾條紋是一種簡單的放大機構(gòu)，其放大倍數(shù)取決于兩光柵刻

23、線的交角，如=0.01 mm，p=5mm，則其放大倍數(shù)為1/=p/=500倍。這種放大特點是莫爾條紋系統(tǒng)的獨具特性。莫爾條紋還具有平均誤差的特性。光柵測量系統(tǒng)的組成示意圖如圖410所示。光柵移動,莫爾條紋兩岸交替變化，光強度分布近似余弦曲線，由光電元件變?yōu)橥l率電壓信號，經(jīng)光柵位移數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個脈沖，就代表移動了一個柵距，通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離。圖410 光柵測量系統(tǒng)組成示意圖4.4光電脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器，同時也可作速度檢測裝置。脈沖編碼器分為：光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式。

24、脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等。1、光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信

25、號。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。圖411 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)1-光源 2-圓光柵 3-指示光柵 4-光電池組5-機械部件 6-護罩 7-印刷電路板光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如圖411所示。在一個圓盤的圓周上刻有相等間距線紋，分為透明和不透明的部分，稱為圓光柵。圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。與圓光柵相對平行地放置一個固定的扇形薄片，稱為指示光柵，上面刻有相差l4節(jié)距的兩個狹縫(在同一圓周上，稱為辨向狹縫)。此外，還有一個零位狹縫(一轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖)。脈沖編碼器通過十字連接頭或鍵與伺服電動機相連，它的法蘭盤固定在電動機端面上，罩上防護罩，構(gòu)成一個完整的檢測裝置。 下面對光電編碼器

26、的工作原理進行介紹。當圓光柵旋轉(zhuǎn)時，光線透過兩個光柵的線紋部分，形成明暗相間的條紋。光電元件接收這些明暗相問的光信號，并轉(zhuǎn)換為交替變化的電信號，該信號為兩路近似于正弦波的電流信號A和B，如圖412所示。A和B信號相位相差90。，經(jīng)放大和整形變成方波。通過光柵的兩個電流信號，還有一個“一轉(zhuǎn)脈沖”，稱為Z相脈沖，該脈沖也是通過上述處理得來的。A脈沖用來產(chǎn)生機床的基準點。 脈沖編碼器輸出信號A、B、Z、等信號，這些信號作為位移測量脈沖，以及經(jīng)過頻率一電壓變換作為速度反饋信號，進行速度調(diào)節(jié)。圖412 脈沖編碼器輸出的波形2、光電脈沖編碼器的應(yīng)用在數(shù)控機床上，光電脈沖編碼器常被用在數(shù)字比較的伺服系統(tǒng)中，

27、作為位置檢測裝置，將檢測信號反饋給數(shù)控裝置。 光電脈沖編碼器將位置檢測信號反饋給CNC裝置有兩種方式：一種是適合于有加減計數(shù)要求的可逆計數(shù)器，形成加計數(shù)脈沖和減計數(shù)脈沖；另一種是適合于有計數(shù)控制和計數(shù)要求的計數(shù)器，形成方向控制信號和計數(shù)脈沖。應(yīng)用一：適應(yīng)帶加減計數(shù)要求的可逆計數(shù)器，形成加計數(shù)脈沖和減計數(shù)脈沖 應(yīng)用二：適應(yīng)有計數(shù)控制端和方向控制端的計數(shù)器，形成正走、反走計數(shù)脈沖和方向控制電平。 思考與練習(xí)1、數(shù)控機床對位置檢測裝置有何要求?如何對位置檢測裝置進行分類?2、簡述旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理，并說明它的應(yīng)用。3、簡述感應(yīng)同步器的工作原理，并說明它的應(yīng)用。4、簡述光柵的構(gòu)成和工作原理。5、簡述光電脈沖編碼器的構(gòu)成和工作原理。