【正文】 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) 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。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)。 （二）數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量 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。 第一節(jié) 概述 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。 （ 三 ） 直接測(cè)量和間接測(cè)量 1. 直接測(cè)量 直接測(cè)量是將直線型檢測(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 。 第一節(jié) 概述 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€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測(cè)量精度。脈沖編碼器可分為增量式與絕對(duì)式兩類。 就精度和可靠性來(lái)講 ， 光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種 ， 它的型號(hào)是用脈沖數(shù) /轉(zhuǎn) （ p/r） 來(lái)區(qū)分 ， 數(shù)控機(jī)床常用 202 2500、 3000p/r等 ， 現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā) 10萬(wàn)個(gè)脈沖的脈沖編碼器 。 第二節(jié) 光電編碼器 ? 光電式脈沖編碼器通常與電機(jī)做在一起，或者安裝在電機(jī)非軸伸端，電動(dòng)機(jī)可直接與滾珠絲杠相連，或通過(guò)減速比為 i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離可用下式計(jì)算 ： 式中 — 脈沖當(dāng)量 （ mm/脈沖 ） ； S— 滾珠絲杠的導(dǎo)程 （ mm） ； i— 減速齒輪的減速比； M— 脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù) （ p/r） 。光電盤(pán)是用 玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻， 然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。圓盤(pán)也用玻璃材料研磨拋 光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。通過(guò)記錄脈沖的數(shù)目，就可以測(cè) 出轉(zhuǎn)角。 第二節(jié) 光電編碼器 ①②③④⑤⑥ 數(shù)字顯示 信號(hào)處理電路 光電盤(pán) 圓盤(pán) 光電元件 聚光鏡 光源 圖 61 光電式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)示意圖 第二節(jié) 光電編碼器 為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，圓盤(pán)的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差 900。 設(shè) A相比 B相超前時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則 B相超前 A相就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用 A相與 B相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。 第二節(jié) 光電編碼器 電流 A B 節(jié)距 ωt A1 B1 900 圖 62 脈沖編碼器輸出波形 第二節(jié) 光電編碼器 1A1A?1A? 在數(shù)控機(jī)床上，光電脈沖編碼器作為位置檢測(cè)裝置，用在數(shù)字比較伺服系統(tǒng)中，將位置檢測(cè)信號(hào)反饋給 CNC裝置。脈沖編碼器輸出的交變信號(hào) 經(jīng)過(guò)差分驅(qū)動(dòng)和差分接收進(jìn)入 CNC裝置，再經(jīng)過(guò)整形放大電路變成二個(gè)方波系列 。 路方波信號(hào)被用作加、減計(jì)數(shù)脈沖的控制信號(hào)，正走時(shí)（ A超前 B）， 由 Y2門(mén)輸出加計(jì)數(shù)脈沖，此時(shí) Y1門(mén)輸出為低電平（圖 63 ）；反走時(shí)（ B超前 A）， 由 Y1門(mén)輸出減計(jì)數(shù)脈沖，此時(shí) Y2門(mén)輸出為低電平。 BBAA 、 11 B、1A1B 第二節(jié) 光電編碼器 光電脈沖編碼器用于數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng) (圖 64) 的工作原理如下：光電脈沖編碼器與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，隨著 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖序列，其脈沖的頻率將隨著轉(zhuǎn)速的快慢而升 降。因伺服電機(jī)的速 度給定為零，工作臺(tái)依然不動(dòng)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，光電脈沖編碼器將輸出反饋脈沖送入比較器， 與指令脈沖進(jìn)行比較，如果偏差不為零，工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，不斷 反饋，直到偏差為零，即反饋脈沖數(shù)等于指令脈沖數(shù)時(shí)，工作臺(tái) 停在指令規(guī)定的位置上。絕對(duì)式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種，以接觸式四位絕對(duì)編碼器為例來(lái)說(shuō)明其工作原理。它在一個(gè)不導(dǎo)電基體上 作成許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電，其中有剖面線部分為導(dǎo)電區(qū)，用“ 1”表 示；其它部分為絕緣區(qū)，用“ 0”表示。在接觸式碼盤(pán)的每個(gè)碼道上都裝有電刷， 電刷經(jīng)電阻接到電源正極（圖 65b）。若回路中的電阻上有電流 通過(guò)，為“ 1”；反之，電刷接觸的是絕緣區(qū)，電阻上無(wú)電流通過(guò)，為 “ 0”。 第二節(jié) 光電編碼器 由 圖 65可以看出，碼道的圈數(shù)就是二進(jìn)制的位數(shù)，且高位在內(nèi)，低位在外。若要提高分辨力，就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)增多。 用二進(jìn)制代碼做的碼盤(pán)，如果電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位，而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。為消除這種誤差，可采用葛萊碼 (格雷碼 )盤(pán)。二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是：將二進(jìn)制碼右移一位并舍去末位的數(shù)碼，再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法，結(jié)果即為葛萊碼。 示例 （ P113例 ） 編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 （ 自學(xué) P114） noa2360? 第三節(jié) 光柵 一、光柵的種類 光柵種類較多。兩者工作原理基本相似。 直線光柵通常包括一長(zhǎng)和一短兩塊配套使用，其中長(zhǎng)的稱為標(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)。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為 2 50、 100、250條 /mm等。 第三節(jié) 光柵 ? 二、工作原理 當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度放置時(shí)，兩光柵尺上線紋互相交叉。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。 莫爾條紋 具有如下 特點(diǎn) ： 1. 放大作用 用 B（ mm） 表示莫爾 (黑白 )條紋的間距 ， W(mm)表示柵距， (rad)為光柵線紋之間的夾角，如圖 6 7所示則有 莫爾條紋間距 B與 角成反比， 越小， B及放大倍數(shù)越大。 3. 莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例 當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距 W時(shí)，莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度 B。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反（見(jiàn) 圖 67）。因莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移 動(dòng)方向垂直，可用檢測(cè)垂直方向?qū)挻蟮哪獱枟l紋代替光柵水平方向 移動(dòng)的微小距離。 第三節(jié) 光柵 讀數(shù)頭光源采用普通的燈泡，發(fā)出輻射光線， 經(jīng)過(guò)聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐丈涔鈻懦?。由于此信?hào)比較微弱，在長(zhǎng)距 離傳遞時(shí)，很容易被各種干擾信號(hào)淹沒(méi)，造成傳遞失真， 驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大。 第三節(jié) 光柵 光柵位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋 寬度，假定我們開(kāi)辟一個(gè)小窗口來(lái)觀察莫爾條紋的變化 情況，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它在移動(dòng)一個(gè)柵距期間明暗變化了一個(gè)