數(shù)控機(jī)床6數(shù)控機(jī)床的位置檢測系統(tǒng)
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1、第六章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測系統(tǒng),第一節(jié) 概述,一、位置檢測裝置概述及其要求,對位置精度要求不高的數(shù)控機(jī)械,開環(huán)系統(tǒng)即可滿足要求。而對位置精度要求高的,一般均應(yīng)是閉環(huán)系統(tǒng)。位置閉環(huán)系統(tǒng)是用位移傳感器測出工作機(jī)構(gòu)的實際位置,并輸入計算機(jī)和預(yù)先給定的理想位置比較,得到差值,再根據(jù)此差值向伺服機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。伺服機(jī)構(gòu)帶動工作機(jī)構(gòu)向理想位置趨近,直到差值為零為止。在閉環(huán)系統(tǒng)中,位置傳感器是位置控制閉環(huán)系統(tǒng)中的重要組成元件,在此系統(tǒng)的反饋通道中,它是一個重要環(huán)節(jié)。,位置檢測系統(tǒng)是CNC系統(tǒng)中較重要的一個環(huán)節(jié),它與控制部分一樣決定了機(jī)床的精度。因此無論是從事CNC的開發(fā)或是CNC的應(yīng)用都必須掌握位置
2、檢測系統(tǒng)的基本原理。 對于現(xiàn)代CNC的位置檢測系統(tǒng),它的基本組成可以分以下幾部分如圖6-1示:,,基本傳感器一般采用光柵,同步傳感器,磁柵,光電編碼器,旋轉(zhuǎn)變壓器等基本元件。 正交信號由基本傳感器產(chǎn)生,再做后續(xù)處理一般都要經(jīng)過前置放大,這方面可以結(jié)合模擬電子技術(shù)自行分析。細(xì)分電路是一個專用的電路,對于正交正弦信號的細(xì)分一般由一套電阻網(wǎng)絡(luò)組成。 對于整形判向電路也是電子技術(shù)的一般應(yīng)用。對于交流信號的整形往往采用過需比較加史密特觸發(fā)器即可。而對判向電路一般都為邏輯電路實現(xiàn)。難度不大,形式多樣。 可逆計數(shù)分為硬件式和軟件式兩種,若是硬件式則完全由硬件電路實現(xiàn)。CNC不斷地讀取可逆計數(shù)的值用作求給定
3、反饋的差值。若是軟件式可逆記數(shù)器則要求每個計數(shù)脈沖申請中斷,在中斷服務(wù)程序中作加或減的計數(shù),最后完成可逆計數(shù)。 位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中,它的主要作用是檢測位移量,并發(fā)出反饋信號與數(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(yùn)動,直至偏差等于零為止。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度,必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度,不同類型的數(shù)控機(jī)床,對元件和檢測系統(tǒng)的精度要,求,允許的最高移動速度各不相同。一般要求檢檢測元件的分辨度(檢測元件能檢測的最小位移量)在0.00010.01mm之內(nèi),測量精度為0.00100.02mm/m,運(yùn)動速度為024
4、m/min。 數(shù)控機(jī)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(qiáng): 2)在機(jī)床執(zhí)行部件移動范圍內(nèi),能滿足精度相速度的要求; 3)使用維護(hù)方便,適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境; 4)成本低。,二、位置檢測裝置的分類,按工作條件和測量要求不同、可采用不同的測量方式。 (一)數(shù)字式測量和模擬式測量 1數(shù)字式測量 數(shù)字式測量是將被測的量以數(shù)字的形式來表示。測量信號一般為電脈沖,可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。如光柵位置檢測裝置。數(shù)字式測量裝置的特點(diǎn)是: 1)被測的量轉(zhuǎn)換為脈沖個數(shù),便于顯示和處理, 2)測量精度取決于測量單位,和量程基本上無關(guān)(但
5、存在累積誤差); 3)切量裝置比較簡單,脈沖信號抗干擾能力較強(qiáng)。,2模擬式測量 模擬式測量是特鉸測的量用連續(xù)變量來表示,如電壓變化、相位變化等,數(shù)控機(jī)床所用模擬式測量主要用于小量程的測量,如感應(yīng)同步器的一個線距(2mm)內(nèi)的信號相位變化等。在大量程內(nèi)作精確的模擬式測量時,對技術(shù)要求較高。模擬式測量的特點(diǎn)是: 1)直接測量被測的量,無需變換, 2)在小量程內(nèi)實現(xiàn)較高精度的測量,技術(shù)上較為成熟。如用旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。,(二)增量式測量和絕對式測量 1增量式測量 增量式測量的持點(diǎn)是:只測位移量,如測量單位為0.01mm,則每移動0.01mm就發(fā)出一個脈沖信號。其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單
6、,任何一個對中點(diǎn)都可作為測量的起點(diǎn)。在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床上大都采用這種測量方式。典型的測量元件有感應(yīng)同步器、光柵、磁尺等。在增量式檢測系統(tǒng)中,移距是由測量信號計數(shù)讀出的,一旦計數(shù)有誤,以后的測量結(jié)果則完全錯誤。因此,在增量式檢測系統(tǒng)中,基點(diǎn)特別重要。此外,由于某種事故(如停電、刀具損的而停機(jī),當(dāng)事故排除后不能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置,這是由于這種測量方式?jīng)]有一個特定的標(biāo)記,必須將執(zhí)行部件移至起始點(diǎn)重新計數(shù)才能找到事故前的正確位置。下面介紹的絕對式測量裝置可以克服以上缺點(diǎn)。 2絕對式測量 絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起,每一個被測點(diǎn)都有一個相應(yīng)的測量值。裝置的結(jié)
7、構(gòu)較增量式復(fù)雜,如編碼盤中對應(yīng)于碼盤的每一個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)也就愈復(fù)雜。,(三)直接測量和間接測量 l直接測量 直接測量是將檢測裝置直接安裝在執(zhí)行部件上,如光柵、感應(yīng)同步器等用來直接測量工作臺的直線位移,其缺點(diǎn)是測量裝置要和工作臺行程等長,因此,不便于在大型數(shù)控機(jī)床上使用。 2間接測量 間接測量裝置是將檢測裝置安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動電機(jī)抽上,通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量執(zhí)行部件的直線位移。間接測量方便可靠,無長度限制。其缺點(diǎn)是測量信號中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動的傳動鏈誤差,從而影響了測量精度。,第二節(jié) 正交
8、、正弦信號的細(xì)分及判向電路,一、細(xì)分電路,所謂正交正弦信號即,(v),(v),其中為 位移量,寫成相量式:,(v),(v),我們以十六細(xì)分為例把這兩個信號接到一個電阻網(wǎng)絡(luò)上。如圖6-2所示: 我們根據(jù)相量運(yùn)算的方法可以求得 的值。如圖6-3所示: 可以理解,當(dāng)精確調(diào)整好 ,完全可以把 的16個正弦波的相位差間隔調(diào)到 ,得到16個正弦波。先不管這16個正弦波的幅度。我只須將這16路信號經(jīng)過個自的過零比較器,即可得到間隔 的16個方波。再經(jīng)后面的微分,判向,可逆計數(shù)等電路完成位移檢測。,二、判向及可逆計數(shù) 現(xiàn)代數(shù)控裝置中軟件的作用越來越大,在很多問題的處理方面。軟硬件結(jié)合的作法越
9、來越多。概述中提及的整形判向,可逆計數(shù)器現(xiàn)在很少有人采取獨(dú)立硬件環(huán)節(jié)來組合。這里我們介紹一種軟硬結(jié)合的方法實現(xiàn)判向可逆計數(shù)的方法。 1.硬件原理圖如圖6-4 518為8位數(shù)據(jù)比較器, 分別為 經(jīng)過零比較器后的方波, 為兩個377的輸出,均為CPU控制。工作時若 未發(fā)生變化時OUT1或OUT2中必有一個為“0”產(chǎn)生中斷請求信號。CPU在中斷服務(wù)程序中完成對 的采樣,并重置 使OUT1、OUT2重變?yōu)椤?”,最后根據(jù) 的狀態(tài)與前一狀態(tài)比較后作軟件式可逆計數(shù)器的加或減,完成可逆計數(shù)。,,,,2.數(shù)據(jù)比較及重置位的邏輯關(guān)系 根據(jù)數(shù)據(jù)比較器的邏輯關(guān)系得:,OUT1=,OUT2=,=
10、OUT1 OUT2,由于518為8位數(shù)據(jù)比較器,故對于16位采用了兩個518芯片,245作為CPU采樣u1u16狀態(tài)的三態(tài)門。便于CPU讀入u1u16,377為重置518所用的輸出鎖存器。設(shè)u1從0變?yōu)?時,此時 必為0,OUT1也變?yōu)?。 當(dāng)然也跳至0申請中斷。CPU根據(jù)u1u16的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)u2變化了,那么就置 ,并輸出至377。使 重新變?yōu)?,OUT1也重新變?yōu)?。CPU在中斷服務(wù)程序中立即作可逆計數(shù)的工作,完成后中斷返回。,3、軟件工作過程 這里的軟件工作過程主要是指中斷服務(wù)程序。其任務(wù)為: 完成u1u16的讀取。 求出可逆計數(shù)的增量(+1為:01H,-1為OFFH)。 可
11、逆計數(shù)。 重置518后中斷返回。 軟件板圖如圖6-5,圖6-5 判向可逆計數(shù)軟件框圖,軟件板圖中,查表得狀態(tài)序號就是根據(jù)u1u16次序號的不同定義了OOOFH十六個狀態(tài)值。事實上u1u16的變化都是按次序改變的。正轉(zhuǎn)時從: u1u16方向依次變化。反轉(zhuǎn)時,按 u16u1方向依次變化。正轉(zhuǎn)時,增量總是為01H,反轉(zhuǎn)時,增量總是為0FFH。只要把此增量與可逆計數(shù)器的當(dāng)前值相加并進(jìn)行多位操作,便可完成可逆計數(shù)器的操作。 對于版圖中其它操作都不難理解,讀者在編程時可以展開。,第三節(jié) 感應(yīng)同步器測位移,感應(yīng)同步器是根據(jù)電磁耦合原理將位移信號轉(zhuǎn)換成電信號的。一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 直線式感應(yīng)同步
12、器由定尺1和滑尺2兩部分組成,定尺和滑尺均用鋼板作基本,用絕緣粘結(jié)劑將銅箔粘貼在基體上。用照相腐蝕的方法制成矩齒形平面繞組。示意圖如圖6-6。 在滑尺的銅箔繞組上面用絕緣的粘結(jié)劑貼一層鋁箔,以防止靜電感應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)式直線式感應(yīng)同步器的定尺長為250mm,當(dāng)被測位移移較長時,可用多個定尺連接起來。定尺上的繞組是節(jié)距為2mm的單相連續(xù)繞組?;弑榷ǔ叨桃恍?,它有兩個節(jié)距為2mm的繞組A和B。繞組A稱為正弦繞組,繞組B稱為余弦繞組。它們相對于定尺繞組錯開1/4節(jié)距。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子1和定子2組成。用于直線式感應(yīng)同步器相同的方法制成轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組。所不同的是繞組排列成輻射狀,如圖6-7所示。
13、轉(zhuǎn)子繞組是單向均勻連續(xù)的。定子繞組亦分為A和B,相對于定子繞組錯開1/4節(jié)距。,,使用時,對于直線式感應(yīng)同步器,定尺固定在不動的部件上,滑尺固定在移動的部件上。對于旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子固定在不動的部件上,轉(zhuǎn)子固定在移動的部件上。定尺與滑尺的兩個繞組表面平行其間隙為0.050.25mm,定子與半徑的平面繞組也平行。其間隙為0.050.25mm。 測量時,滑子(或定子)的兩個繞組A、B各供給一個交流勵磁電壓、,則定尺(或轉(zhuǎn)子)上的繞組由于電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生與勵磁電壓同頻率的交變感應(yīng)電勢。當(dāng)消尺相對于定尺或轉(zhuǎn)子相對于定子運(yùn)動時,因它們的繞組位置改變,使定子繞組(或轉(zhuǎn)子繞組)的磁鏈改變,感應(yīng)電勢也就
14、隨著發(fā)生變化。 為了說明定尺的感應(yīng)電勢是隨著定尺的相對位置的改變而變化。下面闡述直線式感應(yīng)同步器定尺與滑尺的四個不同位置(圖6-8)。如果只對A繞組供給交變的勵磁電壓uA,在 繞組中產(chǎn)生電流,因而繞組周圍產(chǎn)生磁場,設(shè)如圖所示。當(dāng)滑尺右行至圖中1的位置時,定尺繞組與滑尺繞組完全重合,定尺繞組磁鏈最大,感應(yīng)電勢eA最大。當(dāng)滑尺繼續(xù)右行,由于定尺繞組磁鏈減小,感應(yīng)電勢也下降。當(dāng)滑尺右行1/4節(jié)距,即圖中2的位置時,定尺繞組磁鏈的磁通正負(fù)摻半相互抵消,因而感應(yīng)電勢為零。滑尺繼續(xù)右行,反向感應(yīng)電動勢逐漸增大,當(dāng)滑尺滑行1/2節(jié)距,即圖中3的位置時,定尺繞組磁鏈的磁通反向,因而產(chǎn)生負(fù)向最大感應(yīng)電動勢。繼
15、續(xù)右行至圖中4的位置,即滑行3/4節(jié)距時,感應(yīng)電動勢又為零。當(dāng)滑行一個節(jié)距是,即圖中的5位置時,又與1相同,由此可見,滑尺在定尺上滑動一個節(jié)距,定尺繞組感應(yīng)電動勢eA的變化就經(jīng)歷一個周期,其波形是一個余弦函數(shù)。即,=,(6.3.1),式中 uA滑尺繞組A的勵磁電壓 k定尺和滑尺的電磁偶合電壓系數(shù);,相對于滑尺和定尺相對位移的折算角,在僅對滑尺的繞組B供給勵磁電壓的情況下,當(dāng)滑尺右行時,定子繞組相差1/4節(jié)距,所以感應(yīng)電勢的波形滯后,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: = (6.3.2),當(dāng)對兩個繞組同時供給勵磁電壓,滑尺移動時,定磁繞組的總感應(yīng)電勢為上述兩個感應(yīng)電勢的代數(shù)和,即
16、 (6.3.3),實際使用時,繞組A和B上分別加頻率與幅值均相同的正弦變化與余弦變化的勵磁電壓 (6.3.4) (6.3.5),將式(6.3.4)和式(6.3.5)代入式(6.3.3)得 (6.3.6) 由于電磁耦合系數(shù)K以及勵磁電壓的幅值和頻率均不變,定尺的感應(yīng)電勢e只與角度 有關(guān)。如果繞組的節(jié)距為L,滑尺和定尺相對移動S距離時,則 (6.3.7) 說明節(jié)距一定時角度與位移有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。
17、因此,只要測得感應(yīng)電勢的相對,就可推算滑尺和定尺相對移動的距離,進(jìn)而測得運(yùn)動部件的距離。,感應(yīng)同步器的測量電路通常分鑒相式測量電路和鑒幅式測量電路。圖6-9是數(shù)字式感 應(yīng)同步器鑒相式測量電路的方框圖。信號源產(chǎn)生兩個振幅相同而相位差的正弦信號電壓和余弦信號電壓,供給感應(yīng)同步器滑尺的A、B繞組。定尺上產(chǎn)生感應(yīng)電勢e,經(jīng)前置放大整形后變?yōu)榉讲?,并和參考信號方波送入鑒相器。鑒相器的輸出是感應(yīng)電勢信號與參考信號的相位差,且反映出其正負(fù)。相位信號經(jīng)相位/脈沖變換電路后產(chǎn)生計數(shù)脈沖及方向信號。該計數(shù)脈沖及方向信號用來控制可逆計數(shù)器計數(shù),正方移動時加,反方移動時減,最后完成位移的測量。 用感應(yīng)同步器測量位移
18、,其特點(diǎn)是量程范圍較寬,若用多個定尺連接起來,量程可達(dá)數(shù)米,分辨率也較高,可達(dá)1um。,第四節(jié) 光柵測位移,光柵是一種在基體上刻有等間距均勻分布的條紋的光學(xué)元件。用于位移測量的光柵稱為計量光柵,按照光路可分為透射光柵和反射光柵。按結(jié)構(gòu)形式則有長光柵和圓光柵之分。圖6-10為透射光柵的示意圖,圖中a為刻線寬度,b為縫隙寬度,ab=w稱為光柵的柵距,通常情況下a=b.線紋密度一般為每毫米100、50、25和10線。 光柵分標(biāo)尺光柵和指示光柵。標(biāo)尺光柵的有效長度即為測量范圍(標(biāo)尺光柵還可接長來擴(kuò)大測量范圍)。指示光柵比標(biāo)尺光柵短得多,但兩者刻有同樣密度的線紋。使用時兩片光柵相互重疊,兩者相距一個微
19、小的距離d,使其中一片固定,另一片隨著被測物體移動,即可實現(xiàn)位移測量。 光柵用于測量的基本原理是利用莫爾條紋。當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個微小夾角時,由于擋光效應(yīng)(對線紋密度50條/mm的光柵)或光的衍射作用(對線紋密度100條/mm的光柵),在光柵線紋大致垂直的方向上,產(chǎn)生明暗相間的條紋,這些條紋稱為“莫爾條紋”,如圖6-11所示。,,,光柵用于測量的基本原理是利用莫爾條紋。當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個微小夾角時,由于擋光效應(yīng)(對線紋密度50條/mm的光柵)或光的衍射作用(對線紋密度100條/mm的光柵),在光柵線紋大致垂直的方向上,產(chǎn)生明暗相間的條紋,這些條紋稱為“莫爾條紋”
20、,如圖6-11所示。 莫爾條紋有如下特點(diǎn): 1、當(dāng)光柵在橫向沿刻線的垂直方向移動時,莫爾條紋在刻線方向移動。兩光柵相對移動一個柵距W時,莫爾條紋也同步移動一個間距BH,固定點(diǎn)上的光強(qiáng)則變化一周,而且在光柵反向移動時,莫爾條紋的移動方向也隨之反向。,2、莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角之間的關(guān)系為,式中,BH莫爾條紋間距;,光柵柵距; 兩光柵刻線間的夾角(rad)。,3、莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成,對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用。能 在很大程度上消除刻線的不均勻誤差的影響。 若用光電元件接收莫爾條紋移動時光強(qiáng)的變化,則將光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(電壓或電流)輸出,輸出的幅值可用光柵位移量X的
21、余弦函數(shù)表示。以電壓輸出而言: (6.4.2) 式中 u 光電元件的電壓信號 uav輸出信號中的平均直流分量 um輸出信號的幅值 x兩光柵瞬時相對唯一,將此電壓信號放大,整形變?yōu)榉讲?,?jīng)微分電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號,再經(jīng)辯向電路的可逆計數(shù)器,則可以顯示出位移量,位移量為脈沖與柵距的乘積。對整形、判向、可逆計數(shù)器在第一節(jié)、第二節(jié)中已敘述過。 隨著細(xì)分的路數(shù)增加,光柵位移的分辨力就提高,但受調(diào)試難度及電路元件參數(shù)的限制細(xì)分路數(shù)不能無限增大,一般分辨力在0.1-0.2就屬高精度了。光柵的測量范圍大(幾乎不受限制),動態(tài)范圍寬且易于實現(xiàn)數(shù)字化測量和自動控制
22、。光柵測量是精密測量中應(yīng)用較多的一種檢測方法。其缺點(diǎn)是對使用環(huán)境要求較高,在現(xiàn)場使用要求密封,以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。,第五節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器測量角位移,旋轉(zhuǎn)變壓器是用來測量角位移的測量裝置。當(dāng)以一定頻率(一般為400HZ或更高)的交流電壓加于勵磁繞組時,輸出線阻的電壓幅值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系,或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。前一種稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,適用于大角位移的絕對測量;后一種稱為線形旋轉(zhuǎn)變壓器,適用于小角位移的相對測量。 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動機(jī)相似,一般做成兩極電機(jī)的形式。在定子上有勵磁繞組與輔助繞組,他們的軸線互成。在轉(zhuǎn)子上有兩個輸出繞組正弦輸出繞
23、組和余弦輸出繞組,這兩個繞組的軸線也互成(圖6-12)。 當(dāng)給定子的勵磁組加上等幅的交流電壓us1時,在轉(zhuǎn)子的兩個繞組上將分別產(chǎn)生輸出電壓uR1和uR2,其大小與轉(zhuǎn)子偏離零位的轉(zhuǎn)角 有如下關(guān)系:,(6.5.1),(6.5.2),式中, 旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓比; 轉(zhuǎn)子、定子繞組的匝數(shù); 加于勵磁繞組的交流電壓(V),當(dāng)輸出繞組接有負(fù)載時,就有電流通過輸出繞組并產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁通,使氣隙中磁場發(fā)生畸變。這時,輸出電壓就有一定的變化。為了減少這種變化,旋轉(zhuǎn)變壓器在工作時,應(yīng)將輔助繞組D3D4短接,或在Z1Z2、Z3Z4 兩輸出繞組上接對稱負(fù)載,為提高旋轉(zhuǎn)變壓器的工作精
24、確度,其負(fù)載阻抗應(yīng)盡量的大。 線形旋轉(zhuǎn)變壓器實際上也是正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,不同的是線形旋轉(zhuǎn)變壓器采用了特定的變壓比Ke 和接線方式(圖6.3.3),這樣使得在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)(一般為 ),其輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 成線形關(guān)系。此時輸出電壓 為,(6.5.3),根據(jù)此公式,選定變比Ke 及允許的非線性,就可推斷出滿足線性關(guān)系的轉(zhuǎn)角范圍。如取 Ke=0.54,非線性不超過 ,則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角范圍可達(dá) ,在此范圍內(nèi),輸出電壓與 轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系(圖6-13)。,,第六節(jié) 編碼器測角位移,編碼盤又稱為角度編碼器。按不同的讀數(shù)方法,可分為絕對碼盤和增量碼盤兩種;按其不同的工作原理,又可分為接觸式、
25、光電式和電磁式等幾種。但在現(xiàn)代數(shù)控中,增量碼盤用得最多,分析如下: 圖6-14是一種增量型光電編碼器的結(jié)構(gòu)圖。被測軸插入編碼器的轉(zhuǎn)子3的孔中,并用,法蘭5將編碼器固定到軸4的端蓋上,旋緊轉(zhuǎn)子11中的螺釘后,轉(zhuǎn)子即帶動固定在它上面的玻璃刻線盤1一起旋轉(zhuǎn)。玻璃制成的掃描刻板9固定在定子2上,并和刻線盤1相隔一很小的間隙。刻線盤上均勻地刻有許多徑向直線,刻線的寬度和兩根刻線之間的間隔寬度基本相同。經(jīng)過蒸汽處理后,使刻線不透光,向刻線間的間隙透光。掃描刻線板9上沿徑向有4個小的刻線區(qū),每個小的刻線區(qū)刻線情況與刻線盤1相同。每個小刻線之間錯開1/2刻線寬度,即1/4刻線周期。燈泡6發(fā)出的光線經(jīng)透鏡8投
26、射到掃描刻線板和刻線盤上,當(dāng)刻線盤上的刻線正好轉(zhuǎn)到與掃描刻線板上的間隙相對時,光線被全部遮蔽,如果在刻線盤的背后放一個光屏,光屏上出現(xiàn)一個暗區(qū)。從此位置,刻線盤再轉(zhuǎn)過半個刻線周期,則刻線盤上的刻線正好與掃描刻線板上的刻線對齊。投射光線可通過兩個間隙區(qū)到達(dá)光屏上,形成明區(qū)。在掃描刻線板背后與掃描刻線板上4個刻線區(qū)相對應(yīng)的位置安放4個光電元件,則當(dāng)刻線盤轉(zhuǎn)動時,投射到光電元件的光線將產(chǎn)生明暗交替的變化,相應(yīng)地光電元件的輸出信號也將產(chǎn)生強(qiáng)、弱交替的變化。刻線盤每旋轉(zhuǎn)一個刻線周期,光電元件的輸出信號強(qiáng)、弱交替一次。由于4個刻線小區(qū)順序錯開1/4刻線周期,所以4個光電元件的輸出信號也順序滯后1/4周期。
27、其變化規(guī)律與前述光柵輸出信號相同。將4個輸出信號進(jìn)行與光柵輸出信號同樣的方法處理,即把輸出信號中的交流分量相差 的兩個信號相減,就可得到相位相差 的兩個正弦信號 、 ,再將此兩個正弦信號經(jīng)過放大、整形,就可得到相位相差 的兩個方波系列 與 (圖6-15)。為了得到轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)數(shù),在掃描刻線板和刻線盤上再加刻一個刻線情況相同的參考標(biāo)志刻線區(qū)。此刻線區(qū)可以是一根粗線,也可以是一組細(xì)線。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一圈,它發(fā)出一個脈沖信號,可用來計數(shù)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。 將上述碼盤稱為增量碼盤是因為它的輸出不能反映轉(zhuǎn)軸的絕對位置,只能反映兩次讀數(shù)之間轉(zhuǎn)軸角位移的增量。不難理解這種編碼的最小可分辨角度(又稱為測量步幅),是兩個方波系列相鄰的兩個前沿或后沿之間所對應(yīng)的角度,即1/4刻線周期。例如,設(shè)刻線盤的刻線數(shù)是900 ,配合電子器等分電路,則其測量步幅 360/(4*900)= ,如果刻,,線數(shù)再提高,組分程度再增加,則測量步幅可進(jìn)一步減少,現(xiàn)徑向刻線可達(dá)36000根,組分可達(dá)二百分之一。所以測量步幅可達(dá) 。,
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