第六章位置檢測(cè)裝置,返回課件首頁(yè),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)裝置在數(shù)控機(jī)床中的位置,（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?zhàn)饔?。?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。,位置檢測(cè)裝置按工作條件和測(cè)量要求不同，有下面幾種分類方法：,（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)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)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)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，如編碼盤中，對(duì)應(yīng)于碼盤的每一個(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)變壓器是輸出電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的控制微電機(jī),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，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V1，則轉(zhuǎn)子通過(guò)電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓V2。,旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理,式中K變壓比（即繞組匝數(shù)比）；Vm勵(lì)磁信號(hào)的幅值；勵(lì)磁信號(hào)角頻率；旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。,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,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到00，兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)900，兩磁軸垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最小，即,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，,轉(zhuǎn)子輸出電壓則為,如圖所示。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,Vs,定子,Vc,轉(zhuǎn)子,正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理,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：,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,c,s,c,ccos,ssin,s,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：,轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和被測(cè)軸連接在一起，所以，被測(cè)軸的角位移就知道了。,假如，轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得,2.鑒幅工作方式給定子的兩個(gè)繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓，即,式中激磁繞組中的電氣角。Vmsin,Vmcos為定子兩繞組激磁信號(hào)的幅值則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為,同理，如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化，測(cè)量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。如果將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠上，當(dāng)角從00到3600時(shí)，絲杠上的螺母帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)導(dǎo)程，間接測(cè)量了執(zhí)行部件的直線位移。測(cè)量所走過(guò)的行程時(shí)，可加一個(gè)計(jì)數(shù)器，累計(jì)所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，折算成位移總長(zhǎng)度。,第二節(jié)感應(yīng)同步器,一、結(jié)構(gòu)與工作原理感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測(cè)裝置，屬模擬式測(cè)量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測(cè)直線位移或角位移而改變。感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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，用于直線位移測(cè)量。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測(cè)量。以直線式感應(yīng)同步器為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。,直線感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，定尺和滑尺的基板采用與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組。長(zhǎng)尺叫定尺，安裝在機(jī)床床身上，短尺為滑尺，安裝于移動(dòng)部件上，兩者平行放置，保持0.250.05mm間隙。,直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu),感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞組之間的距離為節(jié)距，滑尺和定尺的節(jié)距均為2，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)250mm，滑尺長(zhǎng)100mm，節(jié)距為2mm。定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，一組為正弦繞組，另一為余弦繞組。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對(duì)齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。,當(dāng)滑尺任意一繞組加交流勵(lì)磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對(duì)位置。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵(lì)磁電壓時(shí)，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對(duì)位置關(guān)系如圖所示。,定,尺,滑,A,尺,B,位,C,置,D,E,E,A,V,2,M,N,正弦繞組加勵(lì)磁電壓,余弦繞組加勵(lì)磁電壓,鑮,B,D,C,O,P,如果滑尺處于A位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對(duì)應(yīng)重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對(duì)定尺做平行移動(dòng)，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中B點(diǎn)位置，與定尺繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。再移動(dòng)至1/2節(jié)距處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極性相反。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?，?dāng)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距位置如圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)到初始狀態(tài)，與A點(diǎn)相同。顯然，在定尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期。,若設(shè)定尺繞組節(jié)距為2，它對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化了2，當(dāng)滑尺移動(dòng)距離為x時(shí)，則對(duì)應(yīng)感應(yīng)電壓以余弦函數(shù)變化相位角。由比例關(guān)系,可得,設(shè)加在滑尺上一相繞組的勵(lì)磁電壓：,則定尺繞組感應(yīng)電壓為,式中K耦合系數(shù)；Vm激磁電壓的幅值；激磁電壓的角頻率；與位移對(duì)應(yīng)的角度。Vmcos為感應(yīng)電壓的幅值,感應(yīng)電壓的幅值變化規(guī)律就是一個(gè)周期性的余弦曲線。在一個(gè)周期內(nèi)，感應(yīng)電壓的某一幅值對(duì)應(yīng)兩個(gè)位移點(diǎn)，如下圖中M、N兩點(diǎn)。為確定唯一位移，在滑尺上與正弦繞組錯(cuò)開1/4節(jié)距處，配置了余弦繞組。同樣，若在滑尺的余弦繞組中通以交流勵(lì)磁電壓，也能得出定尺繞組感應(yīng)電壓與兩尺相對(duì)位移的關(guān)系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關(guān)系。若滑尺上的正、余弦繞組同時(shí)勵(lì)磁，就可以分辨出感應(yīng)電壓值所對(duì)應(yīng)的唯一確定的位移。,E,A,V,2,M,N,正弦繞組,余弦繞組,B,D,C,O,P,第三節(jié)脈沖編碼器,脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床上使用很廣泛的位置檢測(cè)裝置。脈沖編碼器可分為增量式與絕對(duì)式兩類。,從產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來(lái)看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。型號(hào)用脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）表示，常用的2000，2500，3000p/r,現(xiàn)在有10萬(wàn)p/r以上的產(chǎn)品。它可以用于角度檢測(cè)，也可用于速度檢測(cè)。通常它與電機(jī)做成一體，或安裝在非軸伸端。,a)b),一、絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器的工作原理碼道：測(cè)量電路：扇區(qū)：分辨率:,由圖可以看出，碼道的圈數(shù)就是二進(jìn)制的位數(shù)，且高位在內(nèi)，低位在外。其分辨角360o/24=22.5o，若是n位二進(jìn)制碼盤，就有n圈碼道，分辨角360o/2n，碼盤位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測(cè)量精度越高。若要提高分辨力，就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)增多。目前接觸式碼盤一般可以做到9位二進(jìn)制，光電式碼盤可以做到18位二進(jìn)制。,四位二進(jìn)制碼盤非單值性誤差,自然碼盤的缺點(diǎn)及格萊碼盤用二進(jìn)制代碼做的碼盤，如果電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位，而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。為消除這種誤差，可采用葛萊碼盤。,圖為葛萊碼盤，其各碼道的數(shù)碼不同時(shí)改變兩個(gè)以上，任何兩個(gè)相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，每次只切換一位數(shù)，把誤差控制在最小范圍內(nèi)。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是：將二進(jìn)制碼右移一位并舍去末位的數(shù)碼，再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法，結(jié)果即為葛萊碼。,葛萊碼盤,例如，二進(jìn)制碼1101對(duì)應(yīng)的葛萊碼為1011，其演算過(guò)程如下：1101（二進(jìn)制碼）1101（不進(jìn)位相加，舍去末位）1011（葛萊碼）,二、增量式脈沖編碼器光電式脈沖編碼器通常與電機(jī)做在一起，或者安裝在電機(jī)非軸伸端，電動(dòng)機(jī)可直接與滾珠絲杠相連，或通過(guò)減速比為i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離可用下式計(jì)算：,式中脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；S滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）；i減速齒輪的減速比；M脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（p/r）。,1個(gè)脈沖（）-mmM個(gè)脈沖(360，1轉(zhuǎn))M/i個(gè)脈沖（1/i轉(zhuǎn)）-S1/imm,推導(dǎo)：,光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。光電盤與工作軸連在一起，光電盤轉(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)光電盤和圓盤射來(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)。通過(guò)記錄脈沖的數(shù)目，就可以測(cè)出轉(zhuǎn)角。測(cè)出脈沖的變化率，即單位時(shí)間脈沖的數(shù)目，就可以求出速度。,光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號(hào)處理電路等組成（如圖）。,電流,A,B,節(jié)距,t,A1,B1,900,脈沖編碼器輸出波形,為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差900。如圖5-15所示，A、B信號(hào)為具有900相位差的正弦波，經(jīng)放大和整形變?yōu)榉讲ˋ1、B1。設(shè)A相比B相超前時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則B相超前A相就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用A相與B相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。此外，在光電盤的里圈不透光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋，用以產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖信號(hào)，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個(gè)脈沖。,脈沖編碼器應(yīng)用,第四節(jié)光柵,一、結(jié)構(gòu)光柵種類較多。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測(cè)精度可達(dá)1m以上。從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測(cè)直線位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線光柵。直線光柵通常包括一長(zhǎng)和一短兩塊配套使用，其中長(zhǎng)的稱為標(biāo)尺光柵或長(zhǎng)光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長(zhǎng)。短的為指示光柵或短光柵，裝在機(jī)床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為25、50、100、250條/mm等。線紋之間距離相等，該間距稱為柵距，測(cè)量時(shí)它們相互平行放置，并保持0.050.1mm的間隙。,38,工作原理,二、工作原理當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度放置時(shí)，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊，形成黑色條紋，其它部分為明亮條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴(yán)格地說(shuō)，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。,莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：1.放大作用用W（mm）表示莫爾條紋的寬度，P(mm)表示柵距，(rad)為光柵線紋之間的夾角，如圖所示則有,莫爾條紋寬度W與角成反比，越小，放大倍數(shù)越大。,2.均化誤差作用莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成，例如，200條/mm的光柵，10mm寬的光柵就由2000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。,標(biāo)尺光柵,W,指示光柵（斜）,P,3.莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí)，莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度W。只要通過(guò)光電元件測(cè)出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來(lái)。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。,標(biāo)尺光柵,W,指示光柵（斜）,P,標(biāo)尺方向,指示尺轉(zhuǎn)角方向,莫爾條紋方向,標(biāo)尺方向,指示尺轉(zhuǎn)角方向,莫爾條紋方向,圖5-19光柵測(cè)量系統(tǒng),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)線路組成。讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線，經(jīng)過(guò)聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐?，照射光柵尺。光電元件（常使用硅光電池）接受透過(guò)光柵尺光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。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)，造成傳遞失真，驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大。,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，這個(gè)部件稱為光柵讀數(shù)頭，又叫光電轉(zhuǎn)換器，其作用把光柵莫爾條紋的光信號(hào)變成電信號(hào)。,三、應(yīng)用（光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，理論上光柵亮度變化是一個(gè)三角波形，但由于漏光和不能達(dá)到最大亮度，被削頂削底后而近似一個(gè)正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào)，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(gè)脈沖，就代表移動(dòng)了一個(gè)柵距那么大的位移，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)便可得到工作臺(tái)的移動(dòng)距離。,光柵位移,O,圖5-20光柵的實(shí)際亮度變化,亮度,采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，卻無(wú)法判斷移動(dòng)方向。因?yàn)闊o(wú)論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運(yùn)動(dòng)方向，至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距1/4莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過(guò)兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號(hào)雖然波形相同，但相位相差90o。根據(jù)兩光電元件輸出信號(hào)的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。增加線紋密度，能提高光柵檢測(cè)裝置的精度，但制造較困難，成本高。在實(shí)際應(yīng)用中，既要提高測(cè)量精度，同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的，通常采用倍頻或細(xì)分的方法來(lái)提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了1/4柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。,Y6,微分,微分,微分,整形,P1,P2,P4,P3,差動(dòng)放大器,差動(dòng)放大器,整形,反相,反相,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y7,Y8,微分,B,A,D,C,圖中的P1、P2、P3、P4是四塊硅光電池，產(chǎn)生的信號(hào)相位彼此相差90o。,a)原理電路圖,sin,cos,A,B,C,D,正向相加AB+AD+CD+BC,反向相加BC+CD+AD+AB,圖5-22四倍頻辨向電路波形,返回課件首頁(yè),返回本章首頁(yè),若光柵柵距0.01mm，則工作臺(tái)每移動(dòng)0.0025mm，就會(huì)送出一個(gè)脈沖，即分辨率為0.0025mm。由此可見，光柵檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于鑒向倍頻的倍數(shù)。除四倍頻以外，還有十倍頻、二十倍頻等。,光柵尺,