数控技术CNC第4章 数控检测装置.ppt

两相励磁电压会在空间产生一个以ω为频率移动的行波。磁场切割定尺，并在其中感应出电势，感应电动势为： Eo= KV scosα- KVcsinα = KV m (sinωtcosα - cosωtsinα) = KV m sin(ωt-α) 在一个节距内，α与滑尺移动距离一一对应，通过测量定尺感应电势相位α，便可测出定尺相对滑尺的位移。 2、鉴幅方式 在这种状态下，感应同步器的滑尺两相绕组即正弦绕组S和余弦绕组C中分别加上相位相等、频率相同而幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压，即： Vs=Vmsinα电sinωt Vc=Vmcosα电sinωt 因为两相励磁电压会产生旋转磁场，所在在定子绕组中感应电动势为： Eo = KV m cosα机- KV csinα机 = KV m sinωt(sinα电cosα机- cos电sinα机) = KV m sin(α电-α机) sinωt 感应电势（Eo）是以ω为角频率、以 Vm sin(α电 -α机 )为幅值的交变电压信号。 在实际应用中，根据定尺误差电压的大小，不断修改滑尺励磁信号的α电，使其跟踪α机的变化，当Eo=0时，说明此时α电=α机 ，便可间接的求出机械角α机 ，从而得出被位移。 三、感应同步器的特点：1、精度高。感应同步器同步器直接对机床位移进行测量，测量结果只受本身精度的限制；定尺上感应电压信号为多周期的平均效应，降低了绕组局部尺寸误差的影响，达到较高测量精度。2、工作可靠，抗干扰能力强。绕组各个周期内单值电压信号可以仅与绝对位置相对应，不受干扰；平面阻抗很低，受外界电场的影响较小。3、安装维修简单，使用寿命长。定尺、滑尺之间无接触磨损，在机床上安装简单；使用防护罩可以防止切屑进入定尺、滑尺之间划伤导片，不受灰尘、油雾影响。4、测量距离长。可利用拼接方法，增大测量尺寸，适合大、中型机床使用。5、工艺性好、成本低，便于成批生产。 第4节 光栅 光栅是一种常用的非接触式测量装置，具有精度高、响应速度快等优点。 按照形状可分为圆光栅和长光栅，圆光栅用于角位移的检测，长光栅用于直线位移的检测。 光栅还可以分为透射光栅和反射光栅。 光栅的制作精度可通过激光技术达到微米级，通过细分电路可以做到0.1μm以上分辨率。 一、光栅的结构和工作原理 1、光栅的结构 光栅由标尺光栅和光栅读数头两部构成。 光栅检测装置基本结构示意图 1—光源，2—透镜，3—指示光栅，4—光电元件，5—驱动电路，6—标尺光栅 标尺光栅一般固定在机床活动部件上（如工作台或丝杠），光栅读数头安装在机床固定部件上，光栅读数头中安装有指示光栅。 执行部件带着标尺光栅相对指示光栅移动，通过读数头的光电转换，发送出与位移量对应的数字脉冲信号，用作位置反馈信号或位置显示信号。 （1）光栅尺 包括标尺光栅和指示光栅. 根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅. 透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层上刻成光栅线纹。其特点是: 光源可以垂直入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅值比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm时，光栅本身就已经细分到0.005mm从而减轻了电子线路的负担。 (2) 光栅读数头 光栅读数头又叫光电转换器，它把光栅莫尔条纹变成电信号。读数头垂直入射，由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。标尺光栅穿过光栅读数头，保证与指示光栅有准确的相互位置关系。 2、光栅的工作原理 当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹成小角度放置时，将造成两光栅尺上线纹相互交叉。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，其他部分为明亮条纹，称为“莫尔条纹”。 莫尔条纹与两光栅线纹夹角的平分线相互垂直。 莫尔条纹如下图所示： ω 莫尔条纹 标尺光栅 指示光栅 光栅节距 莫尔条纹节距 作用： 放大作用 误差均化作用 测量位移 θ W 光栅倾角 W、ω、θ之间的关系 BC=ABsin(θ/2) 其中 BC=ω/2 ， AB=W/2 ， 因此 W=ω/sin(θ/2) 由于θ很小，θ单位为rad时， Sin(θ/2) ≈ θ 故 W ≈ ω/ θ ω 光栅 节距 θ W 令k= W/ω = 1/θ,则k为放大比。 如ω=0.01mm，取θ=0.002 rad = 0.11o 则W=5mm, K=500, 即放大500倍，这样光栅节距虽小，摩尔条纹的节距却有5mm，因此摩尔条纹清晰可见，易于测量。 摩尔条纹的作用 放大作用 误差均化作用 摩尔条纹是由许多根刻线共同形成的，这样可使光栅的节距误差得到平均化。 摩尔