【正文】 它是將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號一般為脈沖，可 以直接把它送到數(shù)控裝置進行比較、處理。 第一節(jié) 概述 二、 位置檢測裝置的分類 位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面 幾種分類方法： （一） 絕對式測量和增量式測量 1. 增量式測量 在輪廓控制數(shù)控機床上多采用這種測量方式，增量式測量只 測相對位移量，如測量單位為 ， 則每移動 出一個脈沖信號，其優(yōu)點是測量裝置較簡單，任何一個對中點都 可以作為測量的起點，而移距是由測量信號計數(shù)累加所得，但一 旦計數(shù)有誤，以后測量所得結(jié)果完全錯誤。 第六章 位置檢測裝置 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 光電編碼器 第三節(jié) 光 柵 第四節(jié) 感應(yīng)同步器 第一節(jié) 概述 一、 位置檢測裝置的作用與要求 位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。 第一節(jié) 概述 2. 絕對式測量 絕對式測量裝置對于被測量的任意一點位置均由固定的零點 標起，每一個被測點都有一個相應(yīng)的測量值。信號抗干擾能力強、 處理簡單。 其優(yōu)點是準確性高 、 可靠性好 ， 缺點是測量裝置要和工作臺行程等長 ， 所以在大型數(shù)控機床上受到一定限制 。 表 61 常用位置檢測裝置 數(shù)字式 模擬式 旋轉(zhuǎn)式 圓光柵、 光電編碼器 旋轉(zhuǎn) (多極 )變壓器、圓型感應(yīng)同步器 直線式 直線光柵 、編碼尺 直線型感應(yīng)同步器 、磁柵、絕對式磁尺 第二節(jié) 光電編碼器 光電編碼器也稱脈沖編碼器 ，是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是數(shù)控機床上使用很廣泛的位置檢測裝置。 脈沖編碼器除用于角度檢測外 ，還可以用于速度檢測 。透光窄縫在圓周上 等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。測出脈沖的變化率，即單位時間脈沖的數(shù)目，就可以求 出速度。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)一個的零位脈沖信號，它使軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個脈沖。將 和它的反向信號 微分（上升沿微分）后得到 和 脈沖系列，作為加、減計數(shù)脈沖。若工作臺靜止，指令脈沖和反饋脈沖都為零，兩路脈沖送入 數(shù)字脈沖比較器中進行比較，結(jié)果輸出也為零。 第二節(jié) 光電編碼器 差 分 整形 放大 Y1 微 分 差 分 整形 放大 Y21 微 分 減計數(shù) 加計數(shù) AAB1B 1A?1A1A 1A?a b c d e 圖 63 辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖 第二節(jié) 光電編碼器 圖 63 辨向環(huán)節(jié)框圖和波形圖 1A1B1A1A?1A?1Y1B?2Y1?A 第二節(jié) 光電編碼器 放大環(huán)節(jié) 指令信號 比較器 伺服電機 反饋信號 工作臺 圖 64 數(shù)字比較伺服系統(tǒng) 第二節(jié) 光電編碼器 二、絕對式編碼器 絕對式編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測裝置，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個角度位置均有其對應(yīng)的測量代碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉(zhuǎn)動角度。每一徑向，由若干同心圓組成 的圖案代表了某一絕對計數(shù)值，通常，我們把組成編碼的各圈稱為 碼道，碼盤最里圈是公用的，它和各碼道所有導(dǎo)電部分連在一起， 經(jīng)電刷和電阻接電源負極。如果碼盤順時針轉(zhuǎn)動，就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號輸 出，圖示為 4位二進制碼盤，根據(jù)電刷位置得到由“ 1”和“ 0”組成的二 進制碼，輸出為 0000、 000 0010……1111 。目前接觸式碼盤一般可以做到9位二進制，光電式碼盤可以做到 18位二進制。 第二節(jié) 光電編碼器 1000 1111 23 22 21 20 圖 66 a葛萊碼盤 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 b 四位二進制碼盤非單值性誤差 第二節(jié) 光電編碼器 圖 66為葛萊碼盤，其各碼道的數(shù)碼不同時改變，任何兩個相鄰數(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)。 按用途分為物理光柵和計量光柵 ，物理光柵通常用于光譜分析和光波波長測定； 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，其檢測精度可達 1μm以上； 從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵 ，圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。短的為指示光柵或短光柵，裝在機床固定部件上。在光源的照射下，交叉點附近的小區(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。 ??WWB ??sin?? 第三節(jié) 光柵 B θ W 標尺光柵 圖 67 莫爾條紋 W θ 指示光柵 第三節(jié) 光柵 圖 67 莫爾條紋 B 標尺光柵 第三節(jié) 光柵 第三節(jié) 光柵 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 2023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。 三、光柵的辨向與信號處理 (應(yīng)用 ) 若標尺光柵不動，將指示光柵轉(zhuǎn)一很小的角度，兩者移動 方向及光柵夾角關(guān)系如表 61所示。光電元件 （常使用硅光電池）接受透過光柵尺光強信號，并將其 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。硅光電池將近似正弦波的光強信號變 為同頻率的電壓信號（見 圖 610），經(jīng)光柵位移 — 數(shù)字 變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。為了確定運動方向，至少要放置兩個光電元件，兩者相距 1/4莫爾條紋寬度。在實際應(yīng)用中，既要提高測量精度，同時又能達到自動辨向的目的，通常采用倍頻或細分的方法來提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個光電元件，每隔 1/4光柵柵距產(chǎn)生一個脈沖，一個脈沖代表移動了 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。正弦和余弦信號經(jīng)整形變成方波 A和 B， 為 使每隔 1/4節(jié)距都有脈沖，把 A、 B各自反向一次得 C、 D信號， A、 B、 C、 D信號再經(jīng)微分變成窄脈沖 A′、 B′、 C′、 D′， 即在正 走或反走時每個方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖，由與門電路把 0o、 90o、 180o、 270o四個位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動方 向形成正向或反向脈沖。除四倍 頻以外，還有十倍頻、二十倍頻 (電路 )等。 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器 由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測量。標準感應(yīng)同步器定尺長 250mm， 滑尺長 100mm， 節(jié)距為 2mm。當只給滑尺上正弦繞組加勵磁電壓時， 定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如 圖