第五章第五章 位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章將詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的各種位置反饋元件位置檢測(cè)裝置。2024/2/61第五章第五章第五章第五章 位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說(shuō)說(shuō)CNCCNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦大腦”，是發(fā)布，是發(fā)布“命令命令”的的“指揮所指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的的“四肢四肢”，是一種，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行。它忠實(shí)地執(zhí)行由由CNCCNC裝置發(fā)來(lái)的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的裝置發(fā)來(lái)的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。而位置檢測(cè)裝置則是而位置檢測(cè)裝置則是CNC CNC 系統(tǒng)的系統(tǒng)的“五官五官”。2024/2/62第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述概述概述一一.進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)1 1.定義：定義：進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System)Feed Servo System)以移動(dòng)部以移動(dòng)部件的件的位置位置位置位置和和速度速度速度速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2024/2/63 組組成成：進(jìn)進(jìn)給給伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要由由以以下下幾幾個(gè)個(gè)部部分分組組成成：位位置置控控制制單單元元；速速度度控控制制單單元元；驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)元元件件(電電機(jī)機(jī))；檢檢測(cè)測(cè)與反饋單元與反饋單元；機(jī)械執(zhí)行部件。；機(jī)械執(zhí)行部件。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)2024/2/64二、組成及作用二、組成及作用二、組成及作用二、組成及作用 組成組成組成組成：位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理：位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置組成的。裝置組成的。作用作用作用作用：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反饋位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測(cè)裝置。精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測(cè)裝置。2024/2/65三、進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求三、進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求qq高可靠性和高抗干擾性高可靠性和高抗干擾性高可靠性和高抗干擾性高可靠性和高抗干擾性：受受溫溫度度、濕濕度度的的影影響響小小，工工作作可可靠靠，精精度度保保持持性性好好，抗抗干干擾擾能力強(qiáng)；能力強(qiáng)；qq能滿足精度和速度的要求能滿足精度和速度的要求能滿足精度和速度的要求能滿足精度和速度的要求：位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級(jí)）；位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級(jí)）；位位置置檢檢測(cè)測(cè)裝裝置置最最高高允允許許的的檢檢測(cè)測(cè)速速度度應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的最最高高運(yùn)運(yùn)行行速速度度。qq使用維護(hù)方便使用維護(hù)方便使用維護(hù)方便使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；qq成本低成本低成本低成本低。2024/2/66四、四、位置檢測(cè)裝置的分類位置檢測(cè)裝置的分類qq按輸出信號(hào)的形式分類：按輸出信號(hào)的形式分類：數(shù)字式和模擬式數(shù)字式和模擬式數(shù)字式和模擬式數(shù)字式和模擬式qq按測(cè)量基點(diǎn)的類型分類：按測(cè)量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對(duì)式增量式和絕對(duì)式增量式和絕對(duì)式增量式和絕對(duì)式qq按位置檢測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：按位置檢測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型回轉(zhuǎn)型和直線型回轉(zhuǎn)型和直線型回轉(zhuǎn)型和直線型2024/2/67常用位置檢測(cè)裝置分類表2024/2/68第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié).感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器1.1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類qq 結(jié)構(gòu)：二尺與導(dǎo)軌平行結(jié)構(gòu)：二尺與導(dǎo)軌平行 sin cos 節(jié)距2（2mm）節(jié)距（0.5mm）絕緣粘膠 銅箔 鋁箔 耐切削液涂層 基板(鋼、銅)定尺定尺（連續(xù)感應(yīng)繞組）：固定在機(jī)床的固定部件（連續(xù)感應(yīng)繞組）：固定在機(jī)床的固定部件滑尺滑尺（分段勵(lì)磁繞組：正弦（分段勵(lì)磁繞組：正弦+余弦）：固定在移動(dòng)部件余弦）：固定在移動(dòng)部件0.15 0.35mm2024/2/69qq 分類分類2024/2/610 感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理.感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器是是利利用用勵(lì)勵(lì)磁磁繞繞組組與與感感應(yīng)應(yīng)繞繞組組間間發(fā)發(fā)生生相相對(duì)對(duì)位位移移時(shí)時(shí)，由由于于電電磁磁耦耦合合的的變變化化，感感應(yīng)應(yīng)繞繞組組中中的的感感應(yīng)應(yīng)電電壓壓隨隨位位移移的的變變化化而而變變化化，借借以以進(jìn)進(jìn)行行位位移移量量的的檢檢測(cè)測(cè)。感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器滑滑尺尺上上的的繞繞組組是是勵(lì)勵(lì)磁磁繞繞組組，定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。2024/2/611q感應(yīng)同步器的工作原理感應(yīng)同步器的工作原理U0U01USUSUSUSUS定尺滑尺2024/2/612qq 感應(yīng)同步器的信號(hào)處理原理感應(yīng)同步器的信號(hào)處理原理滑尺正旋繞組上加激磁電壓滑尺正旋繞組上加激磁電壓U Us s后，與之相耦合的定尺后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：繞組上的感應(yīng)電壓為：U Uosos=KU=KUS Scoscos1 1滑尺余旋繞組上加激磁電壓滑尺余旋繞組上加激磁電壓U Uc c后，與之相耦合的定尺后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為：繞組上的感應(yīng)電壓為：U Uococ=KU=KUc ccoscos（1 1+/2+/2）=K UK Uc csinsin1 12024/2/613qq滑尺正、余旋繞組上同時(shí)加激磁電壓滑尺正、余旋繞組上同時(shí)加激磁電壓U Us s、U Uc c時(shí)，時(shí)，感應(yīng)感應(yīng)同步器的磁路可是為線性的，根據(jù)疊加原理，則同步器的磁路可是為線性的，根據(jù)疊加原理，則與之與之相耦合的定尺相耦合的定尺 繞組上的總感應(yīng)電壓為：繞組上的總感應(yīng)電壓為：U Uo o =U Uosos+U Uosos=KU=KUS Scoscos1 1K UK Uc csinsin1 1 K K 電磁感應(yīng)系數(shù)電磁感應(yīng)系數(shù) 1 1 定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角2024/2/614qq 滑尺與定尺滑尺與定尺 相對(duì)位移量相對(duì)位移量 x x 的求?。旱那笕。? 2:2=x 2=x:1 1 x=x=1 1 結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：相對(duì)位移量相對(duì)位移量 x x 與與 相位角相位角 1 1 呈線性關(guān)系，只要呈線性關(guān)系，只要能測(cè)出相位角能測(cè)出相位角 1 1，就可求得位移量就可求得位移量 x x。根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓U Us s、U Uc c供電方式的不供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測(cè)系統(tǒng)同可構(gòu)成不同檢測(cè)系統(tǒng)-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。2024/2/615 鑒相型系統(tǒng)的工作原理鑒相型系統(tǒng)的工作原理 在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值相同，相位差為位差為 /2/2的交變電壓：的交變電壓：U US S=U=Um m sint Usint UC C=U=Um m costcost 則：則：U Uo o =U Uosos+U Uosos=KU=KUS Scoscos1 1K UK Uc csinsin1 1 =K U =K Um m sint cossint cos1 1K UK Um m costcost sinsin1 1 =K U=K Um m sinsin（t t 1 1）結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：只要能測(cè)出只要能測(cè)出U Uo o與與U US S相位差相位差 1 1，就可求得滑尺與定就可求得滑尺與定尺相對(duì)位移量尺相對(duì)位移量 x x。2024/2/616 鑒幅型系統(tǒng)的工作原理鑒幅型系統(tǒng)的工作原理 在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓：交變電壓：U US S=U=Um m sinsin2 2sint Usint UC C=U=Um m coscos2 2sintsint 2 2=x=x 2 2 （x x 2 2是指令位移值）是指令位移值）U Uo o =U Uosos+U Uosos=KU=KUS Scoscos1 1K UK Uc csinsin1 1 =K U =K Um m sinsin2 2 cos cos1 1sint sint K UK Um m coscos2 2sintsinsintsin1 1 =K U =K Um m sinsin（2 2 1 1）sint sint 結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：只要能測(cè)出只要能測(cè)出U Uo o與與U UC C相位差相位差 1 1，就可求得滑尺與定尺就可求得滑尺與定尺 相相 對(duì)位移量對(duì)位移量 x x。2024/2/6175.5.幾點(diǎn)說(shuō)明幾點(diǎn)說(shuō)明qq感應(yīng)同步器的測(cè)量周期為其繞組的節(jié)距感應(yīng)同步器的測(cè)量周期為其繞組的節(jié)距2 2（2mm2mm）qq感應(yīng)同步器的測(cè)量精度取決于測(cè)量電路對(duì)輸出感應(yīng)電壓感應(yīng)同步器的測(cè)量精度取決于測(cè)量電路對(duì)輸出感應(yīng)電壓的細(xì)分精度。的細(xì)分精度。qq 現(xiàn)在商品化的感應(yīng)同步器的輸出大多是脈沖量，使其現(xiàn)在商品化的感應(yīng)同步器的輸出大多是脈沖量，使其能方便能方便 地采用現(xiàn)代的數(shù)字處理技術(shù)地采用現(xiàn)代的數(shù)字處理技術(shù)2024/2/6186.6.感應(yīng)同步器的特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)qq 特點(diǎn)特點(diǎn)精度高：平均自補(bǔ)償特性；精度高：平均自補(bǔ)償特性；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)：抗?jié)瘛囟?、熱變形影響的能力?qiáng)；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)：抗?jié)瘛囟?、熱變形影響的能力?qiáng)；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。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。2024/2/619測(cè)量距離長(zhǎng)：通過(guò)接長(zhǎng)可滿足大行程測(cè)量的要求。測(cè)量距離長(zhǎng)：通過(guò)接長(zhǎng)可滿足大行程測(cè)量的要求。串聯(lián)方式 n 10串并聯(lián)方式 n 102024/2/620qq 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) 在安裝方面：在安裝方面：保證安裝精度（安裝面的精度、定尺與滑尺的相對(duì)位置精度、保證安裝精度（安裝面的精度、定尺與滑尺的相對(duì)位置精度、接縫的調(diào)整精度）接縫的調(diào)整精度）加裝防護(hù)裝置（避免切屑、油污、灰塵的影響）加裝防護(hù)裝置（避免切屑、油污、灰塵的影響）在電氣方面：在電氣方面：要保證激磁電壓波形的對(duì)稱性和保真性。要保證激磁電壓波形的對(duì)稱性和保真性。對(duì)鑒相系統(tǒng)：對(duì)鑒相系統(tǒng)：激磁電壓的幅值、頻率相等；相位差激磁電壓的幅值、頻率相等；相位差90900 0 對(duì)鑒幅系統(tǒng)：對(duì)鑒幅系統(tǒng)：對(duì)對(duì)U Um m sinsin2 2、U Um m coscos2 2調(diào)制的精確性調(diào)制的精確性 當(dāng)失真度大于當(dāng)失真度大于2%2%時(shí)，將嚴(yán)重影響測(cè)量精度。時(shí)，將嚴(yán)重影響測(cè)量精度。2024/2/621第三節(jié)第三節(jié).編碼器編碼器編碼器編碼器 脈脈沖沖編編碼碼器器又又稱稱碼碼盤盤，是是一一種種回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式數(shù)數(shù)字字測(cè)測(cè)量量元元件件，通通常常裝裝在在被被檢檢測(cè)測(cè)軸軸上上，隨隨被被測(cè)測(cè)軸軸一一起起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，可可將將被被測(cè)測(cè)軸軸的的角角位位移移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為增增量量脈脈沖沖形形式式或或絕絕對(duì)對(duì)式式的的代代碼碼形形式式。根根據(jù)據(jù)內(nèi)內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和檢檢測(cè)測(cè)方方式式碼碼盤盤可可分分為為接接觸觸式式、光光電電式式和和電電磁磁式式3 3種種。其其中中，光光電電碼碼盤盤在在數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床上上應(yīng)應(yīng)用用較較多多，而而由由霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)構(gòu)構(gòu)成成的的電電磁磁碼碼盤盤則則可可用用作作速速度度檢檢測(cè)測(cè)元元件件。另另外外，它還可分為絕對(duì)式和增量式兩種。它還可分為絕對(duì)式和增量式兩種。2024/2/6221 1.增量脈沖編碼器增量脈沖編碼器qq 結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理 信號(hào)處理裝置信號(hào)處理裝置abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距m+/42024/2/623 光光電電碼碼盤盤隨隨被被測(cè)測(cè)軸軸一一起起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，在在光光源源的的照照射射下下，透透過(guò)過(guò)光光電電碼碼盤盤和和光光欄欄板板形形成成忽忽明明忽忽暗暗的的光光信信號(hào)號(hào)，光光敏敏元元件件把把此此光光信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成電電信信號(hào)號(hào)，通通過(guò)過(guò)信信號(hào)號(hào)處處理理裝裝置置的的整整形形、放放大大等等處處理理后輸出。輸出的波形有六路：后輸出。輸出的波形有六路：其中，其中，是是 的取反信號(hào)。的取反信號(hào)。AB90Z碼盤轉(zhuǎn)一圈2024/2/624qq 輸出信號(hào)的作用及其處理輸出信號(hào)的作用及其處理 A A、B B兩相的作用兩相的作用根根據(jù)據(jù)脈脈沖沖的的數(shù)數(shù)目目可可得得出出被被測(cè)測(cè)軸軸的角位移；的角位移；根根據(jù)據(jù)脈脈沖沖的的頻頻率率可可得得被被測(cè)測(cè)軸軸的的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速；根根據(jù)據(jù)A A、B B兩兩相相的的相相位位超超前前滯滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。后后續(xù)續(xù)電電路路可可利利用用A A、B B兩兩相相的的9090相相位位差差進(jìn)進(jìn)行行細(xì)細(xì)分分處處理理（四四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。ABCP90O2024/2/625 Z Z相的作用相的作用 被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)；被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)；被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。的作用的作用后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A A、兩相實(shí)現(xiàn)兩相實(shí)現(xiàn)差分輸入，以消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牟罘州斎?，以消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓材８蓴_。共模干擾。Z碼盤轉(zhuǎn)一圈共模干擾：一般指在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生的幅度相等，相位相同的噪聲。差模干擾：則是幅度想等，相位相反的的噪聲。常用的差分線對(duì)共模干擾的抗常用的差分線對(duì)共模干擾的抗常用的差分線對(duì)共模干擾的抗常用的差分線對(duì)共模干擾的抗干擾能力就非常強(qiáng)干擾能力就非常強(qiáng)干擾能力就非常強(qiáng)干擾能力就非常強(qiáng)。2024/2/626qq 增量式碼盤的規(guī)格及分辨率增量式碼盤的規(guī)格及分辨率 規(guī)格規(guī)格增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的規(guī)格從現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的規(guī)格從 3636線線線線/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 到到 1010萬(wàn)線萬(wàn)線萬(wàn)線萬(wàn)線 /轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 都有；都有；選擇：選擇：伺服系統(tǒng)要求的分辨率；伺服系統(tǒng)要求的分辨率；考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）分辨率（分辨角）設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為 n n 線線/轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)：2024/2/6272 2.絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器qq 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 碼盤基片上有多圈碼道，碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等；且每碼道的刻線數(shù)相等；對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器；對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器；輸出信號(hào)的路數(shù)與碼盤圈數(shù)輸出信號(hào)的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比；成正比；檢測(cè)信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸檢測(cè)信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸出，故可測(cè)得被測(cè)軸的周向出，故可測(cè)得被測(cè)軸的周向絕對(duì)位置。絕對(duì)位置。232221202024/2/628qq 絕對(duì)編碼盤的編碼方式及特點(diǎn)絕對(duì)編碼盤的編碼方式及特點(diǎn) 二進(jìn)制編碼：二進(jìn)制編碼：特點(diǎn)：編碼循序與位置循序相一致，但特點(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?？赡墚a(chǎn)生非單值性誤差。誤差分析：扇區(qū)邊界讀數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)誤差分析：扇區(qū)邊界讀數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上不同數(shù)字輸出以上不同數(shù)字輸出讀數(shù)模糊現(xiàn)象。讀數(shù)模糊現(xiàn)象。11110000232221202024/2/629 格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）特點(diǎn)：任何兩個(gè)編碼之間只有一特點(diǎn)：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。但編碼與位置循在最小單位上。但編碼與位置循序無(wú)直接規(guī)律。序無(wú)直接規(guī)律。232221202024/2/630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)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：第第第第二二二二節(jié)節(jié)節(jié)節(jié) 位位位位置置置置檢檢檢檢測(cè)測(cè)測(cè)測(cè)裝裝裝裝置置置置三三.脈沖編碼器脈沖編碼器脈沖編碼器脈沖編碼器2024/2/631qq 絕對(duì)式碼盤的規(guī)格及分辨率絕對(duì)式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格規(guī)格絕對(duì)式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù)絕對(duì)式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù) n n 有關(guān)；有關(guān)；現(xiàn)在市場(chǎng)上提供從現(xiàn)在市場(chǎng)上提供從 4 4道道道道 到到 1818道道道道 都有；都有；選擇：選擇：伺服系統(tǒng)要求的分辨率；伺服系統(tǒng)要求的分辨率；考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）分辨率（分辨角）設(shè)絕對(duì)式碼盤的規(guī)格設(shè)絕對(duì)式碼盤的規(guī)格 n n 道：道：2024/2/6323 3.光電編碼器的特點(diǎn)光電編碼器的特點(diǎn)qq非接觸測(cè)量，無(wú)接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度保證性好；非接觸測(cè)量，無(wú)接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度保證性好；qq允許測(cè)量轉(zhuǎn)速高，精度較高；。允許測(cè)量轉(zhuǎn)速高，精度較高；。qq光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)；光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)；qq體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；qq結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短；qq碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動(dòng)能力差。碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動(dòng)能力差。2024/2/6334、磁性編碼器近年發(fā)展起來(lái)的新型編碼器，輸出形式與光學(xué)編碼器一樣，都是數(shù)字脈沖信號(hào)。特點(diǎn)：抗環(huán)境能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，將在很大程度上代替光學(xué)編碼器。類型：增量式絕對(duì)式磁敏電阻式勵(lì)磁環(huán)式強(qiáng)磁金屬半導(dǎo)體2024/2/634第四節(jié) 直線光柵 光柵的分類：物理光柵和計(jì)量光柵光柵的分類：物理光柵和計(jì)量光柵光柵的運(yùn)動(dòng)方式：長(zhǎng)光柵和圓光柵光柵的運(yùn)動(dòng)方式：長(zhǎng)光柵和圓光柵光線的走向：透射光柵和反射光柵光線的走向：透射光柵和反射光柵2024/2/6351.長(zhǎng)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu) 一、長(zhǎng)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu) 光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu) 1-1-防護(hù)墊防護(hù)墊 2-2-光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 3-3-標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 4-4-防護(hù)罩防護(hù)罩 VS312431245標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 1-1-光源光源 2-2-準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡 3-指示光柵指示光柵 4-4-光敏元件光敏元件 5-驅(qū)動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)線路 主要結(jié)構(gòu)為標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵、固定光柵）和指示主要結(jié)構(gòu)為標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵、固定光柵）和指示光柵（短光柵、移動(dòng)光柵）光柵（短光柵、移動(dòng)光柵）柵距和柵距角（兩個(gè)光柵錯(cuò)開的角度）柵距和柵距角（兩個(gè)光柵錯(cuò)開的角度）2024/2/6362.2.工作原理工作原理（以透射投影為例）（以透射投影為例）摩爾條文寬度摩爾條文寬度摩爾條文寬度摩爾條文寬度B B B B的理論公式的理論公式的理論公式的理論公式 莫爾條紋：莫爾條紋：d d 放大放大2 2倍倍 VS d d W WW W 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)：嚴(yán)格來(lái)說(shuō)：橫向莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線橫向莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直紋夾角的平分線相垂直2024/2/637 莫爾條紋的特征：莫爾條紋的特征：（1 1）莫爾條紋的變化規(guī)律）莫爾條紋的變化規(guī)律：兩片兩光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條兩片兩光柵相對(duì)移過(guò)一個(gè)柵距，莫爾條紋移過(guò)一個(gè)條紋近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相紋移過(guò)一個(gè)條紋近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對(duì)移過(guò)對(duì)移過(guò)的柵距數(shù)同步。的柵距數(shù)同步。（2 2）放大作用）放大作用 莫爾條紋莫爾條紋寬度寬度 W W 和和光柵柵距光柵柵距 d d、柵線夾角柵線夾角之間關(guān)之間關(guān)系：系：間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律 由圖可知由圖可知 W=d sin W=d sin 又又很小可認(rèn)為很小可認(rèn)為 sin sin 故故 W=d/W=d/例如例如 d=d=0.01,0.01,=0.01rad,=0.01rad,得得W W=1mm,=1mm,放大放大100100（3 3）均化均化柵距柵距誤差作用誤差作用2024/2/638 莫爾條紋的細(xì)分技術(shù)：莫爾條紋的細(xì)分技術(shù)：光學(xué)細(xì)分、機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分光學(xué)細(xì)分、機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分 二、光柵位移-數(shù)字變換電路 abcd插動(dòng)放大插動(dòng)放大整形整形方向辨別門電路可逆計(jì)數(shù)正脈沖反脈沖abcd插動(dòng)放大插動(dòng)放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脈沖反向脈沖sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走2024/2/639 第第5 5節(jié)節(jié) 磁尺測(cè)量裝置磁尺測(cè)量裝置 磁尺位置檢測(cè)裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭磁尺位置檢測(cè)裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成。和檢測(cè)電路組成。利用錄磁的原理將一定周期變化的方利用錄磁的原理將一定周期變化的方波、正弦波或脈沖電信號(hào)，用錄磁磁頭記波、正弦波或脈沖電信號(hào)，用錄磁磁頭記錄在磁性標(biāo)尺的磁膜上，作為測(cè)量的基準(zhǔn)。錄在磁性標(biāo)尺的磁膜上，作為測(cè)量的基準(zhǔn)。檢測(cè)時(shí)，用拾磁磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁信檢測(cè)時(shí)，用拾磁磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路處理后，號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路處理后，用以計(jì)量磁頭相對(duì)磁尺之間的位移量。用以計(jì)量磁頭相對(duì)磁尺之間的位移量。特點(diǎn)：特點(diǎn)：對(duì)使用環(huán)境的條件要求較低，對(duì)周對(duì)使用環(huán)境的條件要求較低，對(duì)周圍磁場(chǎng)的抗干擾能力較強(qiáng)，在油污、粉塵圍磁場(chǎng)的抗干擾能力較強(qiáng)，在油污、粉塵較多的地方使用有較好的穩(wěn)定性。較多的地方使用有較好的穩(wěn)定性。2024/2/640速度響應(yīng)型磁頭磁通響應(yīng)型磁頭2024/2/641磁尺測(cè)量裝置的組成和工作原理磁尺測(cè)量裝置的組成和工作原理：磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料如銅、不銹鋼、磁性標(biāo)尺是在非導(dǎo)磁材料如銅、不銹鋼、玻璃或其他合金材料的基體上，用涂敷、化學(xué)沉玻璃或其他合金材料的基體上，用涂敷、化學(xué)沉積或電鍍的一層積或電鍍的一層1020um的導(dǎo)磁材料（的導(dǎo)磁材料（Ni-Co或或Fe-Co合金），在它的表面上錄制相等節(jié)距周合金），在它的表面上錄制相等節(jié)距周期變化的磁信號(hào)。磁信號(hào)的節(jié)距一般為期變化的磁信號(hào)。磁信號(hào)的節(jié)距一般為0.05、0.1、0.2、1mm。為了防止磁頭對(duì)磁性膜的磨為了防止磁頭對(duì)磁性膜的磨損，通常在磁性膜上涂一層厚損，通常在磁性膜上涂一層厚12mm的耐磨塑的耐磨塑料保護(hù)層。磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把料保護(hù)層。磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的變換器，它把反映空間位置的磁信號(hào)輸送到檢測(cè)電路中去。反映空間位置的磁信號(hào)輸送到檢測(cè)電路中去。普通錄音機(jī)上的磁頭輸出電壓幅值與磁通普通錄音機(jī)上的磁頭輸出電壓幅值與磁通變化率成比例，屬于速度響應(yīng)型磁頭。根據(jù)數(shù)控變化率成比例，屬于速度響應(yīng)型磁頭。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行機(jī)床的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，必須采用位置檢測(cè)，必須采用磁通響應(yīng)型磁頭。磁通響應(yīng)型磁頭。2024/2/642第第6 6節(jié)節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測(cè)裝置 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型交旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型交旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型交旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測(cè)量元件，它是一種小型交流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定流電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為子和轉(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。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通變壓器的副邊。激磁電壓接到定子繞組上，激磁頻率通常為常為常為常為400H400H400H400H、500H500H500H500H、1000H1000H1000H1000H、3000H3000H3000H3000H、5000H5000H5000H5000H，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：當(dāng)激磁電壓當(dāng)激磁電壓當(dāng)激磁電壓當(dāng)激磁電壓U U U U1 1 1 1加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感生電壓，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)繞組中將產(chǎn)生感生電壓，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)繞組中將產(chǎn)生感生電壓，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)繞組中將產(chǎn)生感生電壓，由于轉(zhuǎn)子是可以旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如圖（子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如圖（子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如圖（子繞組磁軸轉(zhuǎn)到與定子繞組磁軸垂直時(shí)，如圖（a a a a）所示，所示，所示，所示，激磁磁通不穿過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓激磁磁通不穿過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓激磁磁通不穿過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓激磁磁通不穿過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此，感應(yīng)電壓U U U U2 2 2 2為為為為0 0 0 0。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過(guò)任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓組的產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U U U U2 2 2 2為：為：為：為：U1=Umsin tU2=k U1 sin =ksin t sin 2024/2/6432024/2/644討論題1.數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置有何要求？2.從指令控制的角度看，開環(huán)伺服系統(tǒng)控制精度的基本原因是什么？半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，位置反饋信號(hào)不能包含哪一部分的位置誤差？3.試述感應(yīng)同步器的工作原理，并說(shuō)明相位工作方式。4.在逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)中，若偏差函數(shù)小于零，則刀具在（）。A、圓內(nèi) B、圓外 C、圓上 D、圓心5.數(shù)控機(jī)床采用刀具補(bǔ)償后的優(yōu)點(diǎn)有（）等。A、可減少刀具磨損對(duì)加工精度的影響 B、方便編程和選擇刀具C、方便機(jī)床操作 D、提高加工速度6、光柵尺是（）。A、一種能夠準(zhǔn)確地直接測(cè)量位移的工具B、一種數(shù)控系統(tǒng)的功能模塊C、一種能夠間接檢測(cè)直線位移或角位移的伺服系統(tǒng)反饋元件D、一種能夠間接檢測(cè)直線位移的伺服系統(tǒng)反饋元件7.通常情況下，平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸是（）A、X軸 B、Z軸 C、Y軸 D、不確定8.用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)出直線A（0，0），B（6，5）的插補(bǔ)軌跡，并畫圖示意之.2024/2/6452024/2/646