【正文】 18所示則有 (58) 莫爾條紋寬度 W與角成反比，越小，放大倍數(shù)越大。莫爾條紋與光柵線(xiàn)紋幾乎成垂直方向排列。 結(jié)構(gòu) 第 5章 位置檢測(cè)裝置 6 工作原理 當(dāng)指示光柵上的線(xiàn)紋與標(biāo)尺光柵上的線(xiàn)紋成一小角度放置時(shí)，兩光柵尺上線(xiàn)紋互相交叉。兩光柵尺是刻有均勻密集線(xiàn)紋的透明玻璃片，線(xiàn)紋密度為 2 50、 100、 250條 /mm等。 直線(xiàn)光柵通常包括一長(zhǎng)和一短兩塊配套使用，其中長(zhǎng)的稱(chēng)為標(biāo)尺光柵或長(zhǎng)光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長(zhǎng)。圓光柵用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移，直線(xiàn)光柵用于檢測(cè)直線(xiàn)位移。 增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量 第 5章 位置檢測(cè)裝置 光柵 根據(jù)光線(xiàn)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(cè)精度可達(dá) 1μm以上。測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤(pán)中，對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。 數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量 第 5章 位置檢測(cè)裝置 1. 增量式測(cè)量 在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測(cè)量方式，增量式測(cè)量只測(cè)相對(duì)位移量，如測(cè)量單位為 ，則每移動(dòng) 就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)都可以作為測(cè)量的起點(diǎn)，而移距是由測(cè)量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測(cè)量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。 2. 模擬量測(cè)量 它是將被測(cè)的量用連續(xù)變量來(lái)表示，如電壓變化、相位變化等。 直接測(cè)量和間接測(cè)量 第 5章 位置檢測(cè)裝置 1. 數(shù)字式測(cè)量 它是將被測(cè)的量以數(shù)字形式來(lái)表示，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。 優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方便、無(wú)長(zhǎng)度限制。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)是測(cè)量裝置要和工作臺(tái)行程等長(zhǎng)，所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。 數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求如下： （ 1） 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)； （ 2） 滿(mǎn)足精度和速度的要求； （ 3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境； 成本低。第 5章 位置檢測(cè)裝置 第 5章 位置檢測(cè)裝置 概述 位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測(cè)位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。 位置檢測(cè)裝置按工作條件和測(cè)量要求不同，有下面幾種分類(lèi)方法： 第 5章 位置檢測(cè)裝置 1. 直接測(cè)量 直接測(cè)量是將直線(xiàn)型檢測(cè)裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來(lái)直接測(cè)量工作臺(tái)的直線(xiàn)位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。 2. 間接測(cè)量 它是將旋轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來(lái)間接測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的直線(xiàn)位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。缺點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡(jiǎn)單。它對(duì)信號(hào)處理的方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。 2. 絕對(duì)式測(cè)量 絕對(duì)式測(cè)量裝置對(duì)于被測(cè)量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值。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)就愈復(fù)雜。 從形狀上看，又可分為圓光柵和直線(xiàn)光柵。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線(xiàn)光柵。短的為指示光柵或短光柵，裝在機(jī)床固定部件上。線(xiàn)紋之間距離相等，該間距稱(chēng)為柵距，測(cè)量時(shí)它們相互平行放置，并保持 ~。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線(xiàn)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(chēng)為莫爾條紋。嚴(yán)格地說(shuō)，是與兩片光柵線(xiàn)紋夾角的平分線(xiàn)相垂直。 （ 2） . 均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線(xiàn)共同組成，例如， 200條 /mm的光柵，10mm寬的光柵就由 2022條線(xiàn)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。只要通過(guò)光電元件測(cè)出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來(lái)。 θ 標(biāo)尺光柵 W 指示光柵（斜） P 標(biāo)尺方向 指示尺轉(zhuǎn)角 θ方向 莫爾條紋方向 標(biāo)尺方向 指示尺轉(zhuǎn)角 θ方向 莫爾條紋方向 第 5章 位置檢測(cè)裝置 圖 53 光柵測(cè)量系統(tǒng) 光柵測(cè)量系統(tǒng)如圖 53所示，由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路組成。光電元件（常使用硅光電池）接受透過(guò)光柵尺光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。 除標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)一起移動(dòng)外，光源、聚光鏡、指示光柵、光電元件和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上，這個(gè)部件稱(chēng)為光柵讀數(shù)頭，又叫光電轉(zhuǎn)換器，其作用把光柵莫爾條紋的光信號(hào)變成電信號(hào)。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào)（見(jiàn)圖 55），經(jīng)光柵位移 — 數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。 光柵位移 O 圖 54 光柵的實(shí)際亮度變化 光柵位移 電壓 O 圖 55 光柵的輸出波形圖 亮度 應(yīng)用（光柵位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)） 第 5章 位置檢測(cè)裝置 采用一個(gè)光電元件即只開(kāi)一個(gè)窗口觀(guān)察，只能計(jì)數(shù)，卻無(wú)法判斷移動(dòng)方向。為了確定運(yùn)動(dòng)方向， 至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距 1/4莫爾條紋寬度 。根據(jù)兩光電元件輸出信號(hào)的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。在實(shí)際應(yīng)用中，既要提高測(cè)量精度，同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的，通常采用 倍頻或細(xì)分 的方法來(lái)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(gè)光電元件，每隔 1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)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。同理， P P4信號(hào)送另一個(gè)差動(dòng)放大器，得余弦信號(hào)。 圖中的 P P P P4是四塊硅光電池，產(chǎn)生的信號(hào)相位彼此相差 90o。由此可見(jiàn)，光柵檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于鑒向倍頻的倍數(shù)。 第 5章 位置檢測(cè)裝置 脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。 從產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來(lái)看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。 它可以用于角度檢測(cè)，也可用于速度檢測(cè)。 第 5章 位置檢測(cè)裝置 a) b) 絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)式編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)，且每一個(gè)角度位置均有其對(duì)應(yīng)的測(cè)量代碼，它能表示絕對(duì)位置，沒(méi)有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 如圖所示為二進(jìn)制碼盤(pán)。每一徑向，由若干同心圓組成的圖案代表了某一絕對(duì)計(jì)數(shù)值， 第 5章 位置檢測(cè)裝置 通常，我們把組成編碼的各圈稱(chēng)為 碼道 ，碼盤(pán)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(fù)極。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象帶動(dòng)碼盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電刷和碼盤(pán)的相對(duì)位置發(fā)生變化，與電刷串聯(lián)的電阻將會(huì)出現(xiàn)有電流通過(guò)或沒(méi)有電流通過(guò)兩種情況。如果碼盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號(hào)輸出，圖示為 4位二進(jìn)制碼盤(pán)，根據(jù)電刷位置得到由“ 1”和“ 0”組成的二進(jìn)制碼，輸出為 0000、 000 0010……1111 。其分辨角 θ＝ 360o/24=， 若是 n位二進(jìn)制碼盤(pán)，就有 n圈碼道， 分辨角 θ＝ 360o/2n， 碼盤(pán)位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測(cè)量精度越高。 目前接觸式碼盤(pán)