数控原理与数控机床（机工版）——第4章 数控机床的位置检测装置.ppt

①电动机转→圆光栅转→光信号变化 电信号变化 方波信号 ②电动机转向的判别（指示光栅有两组条纹A和B） 正转：A信号超前B信号90°。 反转：B信号超前A信号90°。 ③利用A信号（或B信号）的脉冲数计算电动机的转角。 ④分辨率取决于圆光栅一圈的条纹数。 ⑤利用透光条纹C，每转产生一个零位脉冲信号。 在进给电机上所用的光电编码器，零位脉冲用于精确确 定机床的参考点。 在主轴电机上，零位脉冲用于主轴准停以及螺纹加工。 （1）位移测量 在数控机床中编码器和伺服电动机同轴连接 或连接在滚珠丝杠末端用于工作台和刀架的直线位移测量。 在数控回转工作台中，通过在回转轴末端安装编码器，可直 接测量回转工作台的角位移。 （2）主轴控制。当数控车床主轴安装有编码器后，则该主 轴具有C 轴插补功能，可实现主轴旋转与z 坐标轴进给的同 步控制；恒线速切削控制，即随着刀具的径向进给及切削直 径的逐渐减小或增大，通过提高或降低主轴转速，保持切削 线速度不变；主轴定向控制等。 （3）测速。光电编码器输出脉冲的频率与其转速成正比， 因此，光电编码器可代替测速发电机的模拟测速而成为数字 测速装置。 （4）编码器应用于交流伺服电动机控制中，用于转子位置 检测；提供速度和位置反馈信号。 4.3光栅尺 4.3.1计量光栅的种类 1.直线光栅 （1）玻璃透射光栅 在玻璃表面刻上透明和不透明的间隔相等的线纹(即黑白相间的线 纹)，称为透射光栅。其制造工艺为在玻璃表面加感光材料或金属镀膜 上刻成光栅线纹，也可采用刻蜡、腐蚀或涂黑工艺。 （2）金属反射光栅 在钢尺或不锈钢镜面上用照相腐蚀工艺制作线纹，或用钻石刀刻 制条纹，称作反射光栅。金属光栅的特点是；线膨胀系数很容易做到与 机床的床身材料一致，可补偿热变形的影响，接长比较方便，甚至可以 用带钢做成整根的长光栅，不易破碎。 2.圆光栅 圆光栅是在玻璃盘的外环端面上做成黑白相间的线纹，线纹呈辐 射状，线纹之间夹角相等，用于检测角位移。根据使用要求不同，圆周 上的线纹数也不同。 4.3.2透射光栅的结构与莫尔条纹的产生原理 1.透射光栅的结构 有一长一段两块光栅尺。长的称为标尺光栅，短的称为指示光栅。 ①标尺光栅（主光栅）：常随运动部件移动，与行程等长。 ②指示光栅：固定在机床相应部件上。 ③ω =a+b（ω 为栅距，a、b为不透光和透光宽度） ④透射光栅主要由光源、光栅尺（即标尺光栅）、指示光 栅、光电元件及放大整形电路等组成。 当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放 置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点 附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮 条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光 栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹 夹角的平分线相垂直。 由图4.16可知，在a线附近形成亮带，在b线附近形成暗 带。两个亮带（或暗带）间的距离称为莫尔条纹的纹距W， 它与两光栅尺刻线的夹角有关θ有关。 莫尔条纹的纹距W与栅距ω 的近似关系为： 当工作台移动一个栅距ω时，莫尔条纹向上或向下移动 一个纹距W。 4.3.3莫尔条纹的特点及作用 （1）起放大作用 例如：若ω=0.1mm，W=10mm,则放大倍数为： W/ω=1000。 （2）莫尔条纹的移动与栅距成比例 ①通过光电元件感测移过的莫尔条纹数目，即可知道光栅移动的栅距。 ②设标尺光栅不动，将指示光栅按逆时针方向转过θ角，则当指示光栅左移时，莫尔条纹向下移动；反之，莫尔条纹向上移动。 （3）起平均误差作用 （4）可测出小于1个栅距的位移量 4.4直线感应同步器 4.4.1感应同步器的分类 4.4.2直线感应同步器工作原理 4.4.3感应同步器的鉴幅与鉴相测量 4.4.4感应同步器的特点及应用 4.4.1感应同步器的分类 1.旋转式感应同步器 旋转式感应同步器是由转子和定子组成，结构如图4.10所示。 转子和定子都用硬铝合金或不锈钢合金做基板，呈环形辐射状。转 子和定子相对的一面均有导电绕组，绕组用铜箔构成。绕组表面还要加一 层和绕组绝缘的屏蔽层(材料为铝箔或铝膜)。基板和绕组之间有绝缘层。 转子绕组为连续绕组；定子由sin绕组和cos绕组构成，做成分段式，两相 绕组交差分布，相差90o相位