数控技术(检测2)

1、从上分析可知，光栅移动一个从上分析可知，光栅移动一个栅距栅距，莫尔条纹移动了一个条，莫尔条纹移动了一个条纹间距纹间距W。电压输出按正弦函数周期变化，通过电路整形处理，。电压输出按正弦函数周期变化，通过电路整形处理，变成脉冲输出。脉冲数和条纹数与移过的栅距数一一对应。故变成脉冲输出。脉冲数和条纹数与移过的栅距数一一对应。故有：有： X=N 其中：其中： X位移量位移量 N条纹数条纹数 栅距栅距光栅传感器实现了光栅传感器实现了位移量由非电量到电量的转换位移量由非电量到电量的转换，但为了辨，但为了辨别位移的方向，提高测量精度及数字显示，要把传感器输出的信别位移的方向，提高测量精度及数字显示，要把传感

2、器输出的信号输入显示表做进一步处理。号输入显示表做进一步处理。1 1）辨向原理）辨向原理 位移是有方向的，当工作台正向移动时，得到的脉冲数累位移是有方向的，当工作台正向移动时，得到的脉冲数累加，反向移动时从已累加的脉冲数减去反向移动的脉冲数。加，反向移动时从已累加的脉冲数减去反向移动的脉冲数。为了实现这一想法，在相距为了实现这一想法，在相距W/4（条纹间距）（条纹间距）的位置上设置光栅元件的位置上设置光栅元件1和和2，得到两个相位差，得到两个相位差90的正弦信号的正弦信号u1和和u2插入到辨向电路中。插入到辨向电路中。辨向点路原理图辨向点路原理图工作原理：工作原理：设设正向正向位移时，位移时，

3、u1比比u2输输出电压超前出电压超前90相位角，相位角， u1、u2经整形放大后，得经整形放大后，得到两个方波信号到两个方波信号u1,u2。从正向移动各点方波可得，从正向移动各点方波可得，Y1输出为输出为0，Y2有信号输有信号输出，该信号对应于移过莫出，该信号对应于移过莫尔条纹数。尔条纹数。Y1、Y2输入到触发器，使触发器输入到触发器，使触发器 Q=1， =0；在触发器控制下，；在触发器控制下，可逆计数器做加法计算。可逆计数器做加法计算。H输入到可逆计数器时钟输入端，记输入到可逆计数器时钟输入端，记录正向位移量。当测量反向位移时，录正向位移量。当测量反向位移时，u2超前超前u190相位角。相位

4、角。 Y1有信号输出，有信号输出，Y2输出为输出为0；触发器；触发器 Q=0， =1，计数器做减，计数器做减法计数。反向位移量由法计数。反向位移量由Y1输入到可逆计数器的时钟输入端，以输入到可逆计数器的时钟输入端，以记录反向位移量。记录反向位移量。QQl 当指示光栅相标尺光栅相对移动时，四个硅光电池当指示光栅相标尺光栅相对移动时，四个硅光电池Pl，P2、P3、P4产生产生四路相差四路相差9090相差的正弦信号相差的正弦信号。将两组相差。将两组相差180 两两个正余弦信号个正余弦信号1、3和和2、4分别送入两个差动放大器，输出经放大分别送入两个差动放大器，输出经放大整形后，得两路相差整形后，得两

5、路相差90 的方波信号的方波信号A和和Bo。A和和B两路方波一两路方波一路经微分器微分后，得到前沿的两路尖脉冲路经微分器微分后，得到前沿的两路尖脉冲A和和B；另一路经；另一路经反向器，得到分别与反向器，得到分别与A和和B相差相差180 的两路等宽脉冲的两路等宽脉冲C和和D。C和和D再经微分器微分后，得两路尖脉冲再经微分器微分后，得两路尖脉冲C和和D。四路尖脉冲按相。四路尖脉冲按相位关系经与门和位关系经与门和A、B、C、D相与，再输出给或门，输出正反向相与，再输出给或门，输出正反向信号其中信号其中AB、AD、CD、BC分别通过分别通过Y1、Y2、Y3、Y4输输出给或门出给或门H 1，得正向脉冲，

6、而，得正向脉冲，而BC、AB、AD、CD通过通过Y5、Y6、Y7、Y8输出给或门输出给或门H2，得反内脉冲。当正向运动时，得反内脉冲。当正向运动时，H1有脉冲信号输出，有脉冲信号输出，H2则保持低平；而反向运动时，则保持低平；而反向运动时，H2有脉冲信有脉冲信号输出，号输出，H1则保持低电平。这样，当栅距为则保持低电平。这样，当栅距为l/50mm(20m)时：时：四倍额后每个脉冲当员为四倍额后每个脉冲当员为5m，即分辨率提高了，即分辨率提高了4倍。倍。l 光栅输出给数控装置的信号有两种，光栅输出给数控装置的信号有两种，方波信号方波信号和正弦波号。和正弦波号。对方波信号，可进行二倍频和四倍频对方

7、波信号，可进行二倍频和四倍频处理，但最高为四倍频；处理，但最高为四倍频；l 对连续变化的正弦波信号，可采用对连续变化的正弦波信号，可采用相位跟踪细相位跟踪细分，分，进一步提高分辨率。其原理是进一步提高分辨率。其原理是将输出信号与相将输出信号与相对相位基难信号比较，当相位差超过一定门槛时，对相位基难信号比较，当相位差超过一定门槛时，移相脉冲门输出移相脉冲，同时使相对相位基准信移相脉冲门输出移相脉冲，同时使相对相位基准信号跟踪测量信号变化。号跟踪测量信号变化。这样每一移相脉冲使相对相这样每一移相脉冲使相对相依基准移相依基准移相360n度，即可实现度，即可实现n倍细分，有八倍倍细分，有八倍频、十倍频

8、、二十倍频或更高。频、十倍频、二十倍频或更高。3 3 反射读数头反射读数头（如图（如图5-4所示所示）这种读数头用于这种读数头用于2550线线/mm以下的反射光栅系统。以下的反射光栅系统。平行光以与光栅法平面成平行光以与光栅法平面成入射角照射在光栅入射角照射在光栅G1反反射面上，反射光在射面上，反射光在G2上形成莫尔条纹经上形成莫尔条纹经L2聚焦在焦聚焦在焦平面的光电管平面的光电管P上上。伺伺服服系系统统数数字字显显示示尺尺磁磁检检测测电电路路磁磁磁尺位置检测装置磁尺位置检测装置 磁性标尺是在磁性标尺是在非导磁材料非导磁材料如如铜、不锈钢、玻铜、不锈钢、玻璃璃或其他合金材料的基体上，用或其他合

9、金材料的基体上，用涂敷、化学沉积涂敷、化学沉积或电镀或电镀的一层的一层1020um的导磁材料（的导磁材料（Ni-Co或或Fe-Co合金），在它的表面上录制相等合金），在它的表面上录制相等节距周期节距周期变化的磁信号变化的磁信号。为了防止磁头对磁性膜的磨损，。为了防止磁头对磁性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚通常在磁性膜上涂一层厚12mm的耐磨塑料保护的耐磨塑料保护层。层。v磁性标尺：磁性标尺：磁尺按磁尺按基本形状基本形状分为分为平面实体形平面实体形 磁尺磁尺一般长度为一般长度为600mm带带 状状 磁磁 尺尺基体厚基体厚0.2mm，宽，宽70mm线线 状状 磁磁 尺尺 长度小于长度小于1.5m

10、，套装在磁头内，套装在磁头内圆圆 形形 磁磁 尺尺 做成做成磁盘状磁盘状，检测，检测角位移角位移 表面录有表面录有相等节距相等节距（一般为（一般为0.05，0.1，0.2，1mm）周期变化的磁信号。）周期变化的磁信号。N N N NN N N NS S S SS S S S N N N N S S S S N N N N S S S S磁磁尺尺N N磁磁头头U Ux2sinl 磁尺检测是磁尺检测是模拟量测量模拟量测量，必须和必须和检测电路相配合才能检测检测电路相配合才能检测。它由。它由激磁激磁电路、读取信号滤波、放大、整形、电路、读取信号滤波、放大、整形、倍频、细分、数字化和计数倍频、细分、数

11、字化和计数等线路组等线路组成。检测方法不同，可分为鉴幅、鉴成。检测方法不同，可分为鉴幅、鉴相两种相两种。xuu2sin1xuu2cos2xuu2sin1xuu2cos2txuucos2sin1txuusin2cos2)2sin(txuu若若相位不同相位不同，则在两方波的上升沿之间，则在两方波的上升沿之间插入频率为插入频率为2MHz的脉冲；的脉冲；两波相位差越大，插入脉冲越多，两波相位差为零，无插入脉冲，两波相位差越大，插入脉冲越多，两波相位差为零，无插入脉冲，这样就可检测位移量这样就可检测位移量x的值，检测精度可达的值，检测精度可达10.1m。3 多间隙磁头多间隙磁头使用使用单个磁头单个磁头的

12、的输出信号输出信号很小，实际使用中常很小，实际使用中常将几个到几十个磁头以一定的方式联接起来，将几个到几十个磁头以一定的方式联接起来，组成组成多间隙磁头多间隙磁头。多间隙磁头中的每一个磁头。多间隙磁头中的每一个磁头都以相同的间距都以相同的间距m/2配置，相邻两个磁头的输配置，相邻两个磁头的输出绕组出绕组反向串接反向串接。如图（多间隙磁头）。如图（多间隙磁头）N NN NN NN NS SS SS SS SN NN NS SS SN NN NS SS S磁磁 尺尺N N磁磁 头头U U旋转变压器旋转变压器是一种是一种角度测量角度测量元件，它是一种小型交流元件，它是一种小型交流电机。电机。组成：组

13、成：在结构上与在结构上与两相绕组式异步电动机相似两相绕组式异步电动机相似，由定，由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。为变压器的副边。激磁电压激磁电压接接定子绕组定子绕组，激磁频率通常为，激磁频率通常为400H400H、500H500H、1000H1000H、3000H3000H、5000H5000H；特点：特点：1 1）结构简单、动作灵敏；）结构简单、动作灵敏； 2 2）对环境无特殊要求，维护方便；）对环境无特殊要求，维护方便； 3 3）输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。）输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。l

14、11转子轴，转子轴， 2 2外壳，外壳，33分解器定子，分解器定子， 4 4分解器定子绕组，分解器定子绕组， 5 5变压变压器一次线圈，器一次线圈， 6 6变压器转子，变压器转子，77分解器转子绕组，分解器转子绕组，88分解器转子，分解器转子，9变压器二次线圈，变压器二次线圈， 10定子线轴定子线轴l工作原理：工作原理： 当激磁电压当激磁电压U U1 1加到定子绕组时，通过加到定子绕组时，通过电磁耦合电磁耦合，转子，转子绕组中将产生绕组中将产生感应电压感应电压，由于转子是可以旋转的，当转，由于转子是可以旋转的，当转子绕组磁轴转到与定子绕组磁轴垂直时，如图（子绕组磁轴转到与定子绕组磁轴垂直时，如

15、图（a a）所示，）所示，激磁磁通不穿过转子绕组的横截面，因此，感应电压激磁磁通不穿过转子绕组的横截面，因此，感应电压U U2 2为为0 0。当转子绕组磁轴自垂直位置转过任意角度时，转子绕。当转子绕组磁轴自垂直位置转过任意角度时，转子绕组的产生的感应电压组的产生的感应电压U U2 2为：为： 激磁电压：激磁电压：U U1 1=U=Um m sinsintt 感应电压：感应电压：U U2 2=KU=KU1 1sinsin= K UK Um m sinsintt sinsin 旋转变压器旋转变压器作为作为位置检测装置位置检测装置有两种应用方式：有两种应用方式：鉴相方式鉴相方式和和鉴幅方式鉴幅方式。

16、在在旋转变压器旋转变压器定子的两相正交绕组，又称为正弦定子的两相正交绕组，又称为正弦和余弦绕组上，分别加上和余弦绕组上，分别加上幅值相等幅值相等、频率相同频率相同的的正弦、余弦激磁电压。正弦、余弦激磁电压。 Us=Um sint Uc=Um cost转子旋转后，两个激磁电压在转子绕组中产生的转子旋转后，两个激磁电压在转子绕组中产生的感应电压线性叠加得总感应电压为：感应电压线性叠加得总感应电压为： U=kUssin +kUccos =kUmcos(t-) 由上式可知感应电压的由上式可知感应电压的相位角相位角就等于转子的就等于转子的机机械转角械转角。因此只要检测出转子输出电压的相位角。因此只要检测

17、出转子输出电压的相位角，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求得执行部件的得执行部件的角位移角位移。给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅值给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅值不同，即调幅的少许磁电压（不同，即调幅的少许磁电压（为机械转角）。为机械转角）。 Us=Umsinsint Uc=Umcossint则在转子绕组上得到感应电压为：则在转子绕组上得到感应电压为：U =kUssin +kUccos =kUm sint (sin sin +cos cos ) =kUm