第五节位置检测装置的调整

1、 西飞工学院第五节位置检测装置的调整第六节 床身导轨的调整本次课重点： 位置检测装置的功用 位置检测装置的分类及安装举例 床身导轨的功用及分类 机床导轨的安装调整要求 西飞工学院 位置检测装置位置检测装置： 西飞工学院 西飞工学院 位置检测装置的分类位置检测装置的分类1）按输出信号的形式分类：数字式:模拟式:将被测量以数字形式表示，测量信号一般为电脉冲。可以直接把它们送入数控装置进行比较、处理。将被测量以连续变化的物理量来表示（电压相位 / 电压幅值变化） 西飞工学院2）按测量基点的类型分类:：绝对式：只测量位移增量，并用数字脉冲的个数表示单位位移的数量。测量的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝

2、对坐标位置。3）按位置检测元件的运动形式分类：回转型:直线型:测量直线位移测量角位移 西飞工学院 西飞工学院 西飞工学院 西飞工学院规律规律：滑尺移动一个节距 感生电动势按余弦波形变化一个周期2，在一个节距内： 检测 的变化， 即可检测一个节距内的位移量 。x 西飞工学院工作方式：工作方式： 相位工作方式相位工作方式（鉴相型系统）（鉴相型系统） 幅值工作方式幅值工作方式（鉴幅型系统）（鉴幅型系统） 相位工作方式：相位工作方式： 供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，相位角相差相位角相差90的交流电压。的交流电压。 幅值工作方式：幅值工作方式： 给滑尺绕组通入相

3、位相同、频率相同，给滑尺绕组通入相位相同、频率相同，但但幅值不同幅值不同的励磁电压。的励磁电压。 西飞工学院 鉴相测量系统鉴相测量系统 相位工作方式：相位工作方式： 供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，供给滑尺的激磁信号为频率、幅值相同，相相位角相差位角相差90的交流电压。的交流电压。 tuutuumcmscossin 西飞工学院 222sincoscossinsin()mmmUUUkUtkUtkUt两绕组在定尺上的两绕组在定尺上的感生电压：感生电压：据线性叠加原理，定尺上感应的据线性叠加原理，定尺上感应的总电压总电压：22cossincoscos()cossin2smcmUkukUtUkuk

4、Ut 说明说明： 上式建立了感生电压U2与相位 间的关系。 西飞工学院 鉴相测量系统鉴相测量系统 鉴别定尺上的感应电压的鉴别定尺上的感应电压的相位，相位，可得可得位移值位移值： 鉴相系统结构方框图鉴相系统结构方框图指令信号指令信号 1sin()kt反馈信号反馈信号（感应电压）sin()kt1误差信号误差信号22xx 西飞工学院鉴幅测量系统鉴幅测量系统 幅值工作方式：幅值工作方式： 滑尺绕组通入相位滑尺绕组通入相位 相同、频率相同、频率 相同，相同，但幅值不同的但幅值不同的励磁电压：励磁电压：（工作台（工作台移动指令移动指令 ） 11( )x1sinsinsmuUt1cossincmuUt 西飞

5、工学院 幅值工作方式幅值工作方式： 定尺上的定尺上的感生电压：感生电压：2121sinsincoscossinsinmmUkUtUkUt 定尺上感应的定尺上感应的总电压总电压： （正、余弦绕组同时供电，线性叠加 ）2111sinsincoscossinsinsinsin()mmmUkUtkUtkUt 西飞工学院幅值工作方式幅值工作方式： 结论结论： 感生电压的幅值 随指令给定的位移量与工作台实际位移量 的差值的正弦规律变化。2U11( )x( )xtkUUmsin)sin(12 西飞工学院 西飞工学院 西飞工学院 西飞工学院 计量光栅计量光栅 : 玻璃玻璃透射光栅透射光栅 光源可垂直入射，信号

6、幅度大，读数头结构简单; 刻线密度大100条/mm, 细分后，分辨率达微米级; 易碎，热膨胀系数与机床不一致，影响测量精度. 金属金属反射光栅反射光栅 钢尺、钢带钢尺、钢带 照相腐蚀、钻石刀刻划照相腐蚀、钻石刀刻划 热膨胀系数与机床一致，安装调整方便，易接长，不易碎热膨胀系数与机床一致，安装调整方便，易接长，不易碎 西飞工学院标尺光栅长度相当于工作台移动的全行程标尺光栅长度相当于工作台移动的全行程;长短光栅保持长短光栅保持0.050.1mm间隙间隙. 西飞工学院 莫尔条纹的产生莫尔条纹的产生 标尺光栅和指示光栅的栅距标尺光栅和指示光栅的栅距 指示光栅在其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角

7、度指示光栅在其自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度, 两块光栅两块光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直照射在标尺光栅上，在与两的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂直照射在标尺光栅上，在与两块光栅线纹相交的钝角平分线方向，出现块光栅线纹相交的钝角平分线方向，出现明暗交替明暗交替，间隔相等间隔相等的粗短条纹，称之的粗短条纹，称之为为横向莫尔条纹横向莫尔条纹。 形成原因形成原因： 对于粗光栅主要是挡光积分效应，对于细光栅则是光线通过线纹衍射后，产生干涉的结果。 西飞工学院 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 1）放大作用 2）平均效应 莫尔条纹是由若干线纹组成，例如每毫米100

8、线的光栅，10mm长的莫尔条纹，等亮带由2000根刻线交叉形成。因面对个别栅线的间距误差(或缺陷)就平均化了，在很大程度上消除了短周期误差的影响。因此莫尔条纹的节距误差就取决于光栅刻线的平均误差。 西飞工学院 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 1）放大作用 2）平均效应 3 3）莫尔条纹的移动规律莫尔条纹的移动规律 当光栅向左或向有移动一个栅距，莫尔条纹当光栅向左或向有移动一个栅距，莫尔条纹也相应地向上或向下准确地移动一个节距也相应地向上或向下准确地移动一个节距W。而且。而且莫尔条纹的移动还具有以下规律：若标尺光栅不动，莫尔条纹的移动还具有以下规律：若标尺光栅不动，将指示光栅逆时针方向转一很小的角

9、度后，并使标将指示光栅逆时针方向转一很小的角度后，并使标尺光栅向石移动，则莫尔条纹便向下移动；反之，尺光栅向石移动，则莫尔条纹便向下移动；反之，当标尺光栅向左移动时，则莫尔条纹向上移动。若当标尺光栅向左移动时，则莫尔条纹向上移动。若将指示光栅顺时针方向转动一很小的角度后，当标将指示光栅顺时针方向转动一很小的角度后，当标尺光栅向右移动，则莫尔条纹向上移动；反之，标尺光栅向右移动，则莫尔条纹向上移动；反之，标尺光栅向左移动，则莫尔条纹向下移动。尺光栅向左移动，则莫尔条纹向下移动。 西飞工学院 辨向辨向 安装两个彼此安装两个彼此错开错开1/4节距节距的的光电元件光电元件，当，当光栅移动时，莫尔条纹通

10、过两个隙缝的光栅移动时，莫尔条纹通过两个隙缝的时间不时间不同同所以两个光电元件所获得的电信号虽然波形相所以两个光电元件所获得的电信号虽然波形相同，但同，但相相差相相差90。若以其一为参考信号，则另一。若以其一为参考信号，则另一信号超前或滞后参考信号，由此可判定运动方向。信号超前或滞后参考信号，由此可判定运动方向。 西飞工学院 提高光栅分辨精度的措施提高光栅分辨精度的措施 1）提高刻线精度和增加刻线密度）提高刻线精度和增加刻线密度 有限有限 2）倍频）倍频 常用常用 四倍频方案四倍频方案 光栅刻线密度为光栅刻线密度为50线线mm，采，采用用4个光电元件和个光电元件和4个隙缝，每隔个隙缝，每隔14

11、光栅节距产光栅节距产生一个脉冲，分辨精度可提高四倍。生一个脉冲，分辨精度可提高四倍。 西飞工学院 西飞工学院 西飞工学院 脉冲编码器脉冲编码器又称码盘码盘，是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。式的代码形式。根据内部结构和检测方式码盘可分为接触式接触式、光电式光电式和电磁式电磁式3 3种种。其中，光光电码盘在数控机床上应用较多电码盘在数控机床上应用较多，而由霍尔效应构成的电磁码盘则可用作速度检测元件。另外，它还可分为绝对式绝对式和增量式增量式两种。 脉冲编码器脉冲编码器

12、 西飞工学院 增量脉冲编码器增量脉冲编码器 结构及工作原理结构及工作原理 信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板AABBZZ节距m+/4光源AA 、ZZBB、ZBA、ZBA、AB90Z码盘转一圈是 西飞工学院 输出信号的作用及其处理输出信号的作用及其处理 A、B两相的作用两相的作用根据脉冲的数目脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前、滞后关系可判断被测轴旋转方向。后续电路可利用A、B两相的90相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。ABCP90O 西飞工学院 Z相的作用相的作用 被测轴的周向定位基准信号；被测轴的旋转圈

13、数记数信号。 的作用的作用后续电路可利用A、 两相实现差分输入，以消除远距离传输的共模干扰。Z码盘转一圈ZBA、A 西飞工学院 旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为磁频率通常为400H400H、500H500H、1000H1000H、3000H3000H、5000H5000H，其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方其结构简单、动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。旋转变压器位移检测装置旋转变压器位移检测装置 西飞工学院 西飞工学院床身导轨床身导轨 该图是一个该图是一个加工中心的光机加工中心的光机由由X、Y、Z及主及主轴头组成。其中轴头组成。其中导轨的作用是：导轨的作用是：支承和引导运动支承和引导运动部件沿一定