第四章首页制造科学与工程学院

•中K—电磁偶合系数； θ—转子的转角。当转子转 到与定子磁轴平行时（即θ=90），转子中感应电 势E最大，这时：
• 当转子线组的磁轴与定子绕组垂直时（即 θ=0），转子绕组感应电势为零。
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•3、应用情况 • 它在相位伺服系统中可作为 相位检测器，此时它可以安装在 丝杠上或者和直流电机组装在一 起检测转角。
•3、细分电路 • 电子细分电路又称倍频电路，常用的是四倍频。采 用4个光电元件和4个狭缝，使之每间隔T/4间距产生 一个脉冲，分辨率可提高4倍。
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•第五节 磁栅
• 磁栅是用电磁方法，计算磁波数目的一种位置检 测元件。用它作直线和角度位移量的测量，具有高精 度，复制简单以及安装调整方便等一系列优点，在油 污、粉尘较多的工作条件下有较好的稳定性。 • 磁栅位置检测装置是由磁尺、读取磁头和检测电路 组成。它利用磁录音原理，将一定波长的矩形波或正 玄波的电信号用录磁磁头将磁尺记录在磁性标尺的磁 膜上，作为测量的基准尺。检测时用拾磁磁头将磁尺 上的磁信号读出，并通过检测电路将位移量用数字显 示出来或转化为控制信号输送给数控机床。
•由于θ很小，上式近似为：
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• 这表明莫尔条纹的间距可以通过角θ的改变来调 整。如 t=0.01mm，通过减小θ，使T=10mm，则 其放大倍数为1000倍。可见利用光的干涉现象，很 容易就能把光栅的栅距放大1000倍。
c) 平均误差效应 莫尔条纹是由大量刻线共同形成的, 对光栅的刻划的误差有平均作用,因此能在很大程度 上消除节距之间所固有的相邻误差的影响。
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•第三节 感应同步器
• 1、结构 • 感应同步器按其结构可分为直线式和旋转式两种。 • 直线式感应同步器用于直线位移的测量，其结构相 当于一个展开的多极旋转变压器，它的主要部件包括定 尺和滑尺，定尺（转子）是连续绕组，滑尺（定子）上 的绕组是分段绕组，也是正、余弦绕组。 • 定尺安在机床床身上，滑尺则安装在移动部件上， 随工作台一起移动，它们之间错开1/4节距（齿距）， 一个节距为2 电角度，节距P = 2 mm ，这样它们错 开电角度，安装时重叠，两者平行放置，均匀气隙 （0.2－0.3mm ）。
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•激光器 • 用于精密测量中的激光器通常采用氦氖气体激光管。 在细玻管中封入氦氖混合气体，与细玻管相垂直的地 方设置有反射率很高的反射镜。被封入玻管的氦氖气 体由于受到高频振荡器发出的能量激发或直流放电而 发光，在两反射镜构成的谐振腔中引起振荡，沿着轴 向发射出相应频率的激光束。
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•二、光电盘（光电脉冲发生器） • • 光电盘是一种光电式转角测量元件。光电盘可由 玻璃或金属圆盘制成，在其圆周上均匀分成相等的 透明和不透明部分。当光电盘与工作轴一起转动时， 盘后放置的光电元件周期性地受到光照，产生近似 的正弦波形，经过放大整行后形成脉冲通过门电路 送到计数器，根据脉冲的数目或频率可测出工作轴 的转角及转速。
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• 2、光栅工作原理 莫尔条纹：
•
如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个
很小的角度θ，由于光的衍射作用，就会产生明
暗交替的干涉条纹。
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•光栅测量系统
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• 数控机床对位置检测元件的要求如下：
1. 受温度，湿度的影响小，工作可靠，能长期保 持精度，抗干扰能力强；
2. 在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速 度的要求；
3. 维护方便，适机床工作环境； 4. 成本低； •5. 易于实现高速的动态测量，处理和自动化。
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•1、光栅的种类和特点 • 透射光栅 反射光栅
• 透射光栅的特点 • 光源可以采用垂直入射光，光电元件能够直接 接受，因此信号幅值比较大，信噪比好，光电转换 器结构简单，一般常用的黑白光栅可做到每毫米 100条线，再经过电路细分，可以做到微米级的分 辨率。但其长度做的太长。 • 金属反射光栅的特点 • 金属反射光栅的线膨胀系数很容易做到与机床 用的普通钢或铸铁一致，接长方便。
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•2、激光检测原理 • 激光位置检测装置通常由激光管、稳频器、光学 干涉部分、光电接收元件、计数器和数字显示器等组 成。如图所示
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•激光 •发生 •器
•机床身
•工作台
•M2
•光束2
•M1
•M
•光束1
•可动反射镜
•半透反射镜
•光电计数器
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•V2
•定尺
•正弦绕组
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•Vs
•Vc
•滑尺 •余弦绕组
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•2、工作原理 • 利用电磁感应原理，用感应电势的变化来进行位 置检测的。有鉴相式、和鉴幅式。 • 鉴相式用定尺的感应电压的相移,来测量滑尺的牌课程
•第一节 概述
• 随着电子技术的发展，数控(NC)系统有 了较大的发展，经历了从硬件数控(NC)到 计算机数控的阶段。硬件数控系统由固定的 功能逻辑电路组成，其适应能力即柔性较差。 计算机数控系统的核心是计算机，它由计算 机控制系统和伺服驱动系统等部分组成。对 计算机数控系统通过修改软件，就可达到不 同的控制要求，且硬件功能模块化易于扩展， 因此具有较高的柔性。
•1、旋转变压器的结构与特点：
•
• 旋转变压器又叫同步分解器，它结构简单，对 使用环境要求不高，维护方便，信号输出幅值大， 抗干扰性强，工作可靠。但是测量精度稍低，一 般用于普通精度的测量机构中。
• 旋转变压器是一种控制用的小型交流电机，定 子为变压器的原边，转子为变压器的付边，分为 有刷和无刷两种。
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•位置检测元件的要求：
• 位置检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分， 起作用是检测长度、角度、位移，并发出反馈信号，构 成闭环（半闭环）控制。位置检测元件的主要作用是检 测位移量并将测量的反馈信号和 数控装置发出的指令信 号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使其向 着消除偏差的方向运动，直到偏差为零。实践表明，闭 环伺服系统的定位精度和加工精度主要由位置检测元件 决度•若定高。出一 一般 个要 数求 量测 级量。系统的分辨率或脉冲当量比加工精
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2020/11/28
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•第四章 位置检测装置
•第一节 概述 •第二节 旋转变压器及测速发电机 •第三节 感应同步器 •第四节 光栅 •第五节 磁栅 •第六节 其它位置检测元件
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• 莫尔条纹有以下特点： a) 信息变换 当标尺光栅对应于指示光栅沿着与刻
线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹也移动， 若光栅移动一个栅距t，莫尔条纹正好移动一个 宽度T。若光栅向相反方向移动，条纹也向相反 方向移动。 b) 放大作用 莫尔条纹间距T与光栅栅距t及光栅间 的夹角θ有如下关系：
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•位置检测元件的分类：
•（1）直接测量和间接测量 •（2）增量式测量和绝对式测量 •（3）接触式测量和非接触式测量 •（4）数字式测量和模拟式测量
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•第二节 旋转变压器及测速发电机
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• •第六节 其它位置检测元件
•一、激光检测元件
• 激光位移检测，具有精度高、无接触测量的特点， 适用于长行程、高精度的位移检测场合。但其抗环境干 扰能力较差，采取措施后，在数控机床及适应控制方面 具有广阔应用前景。 • 1、激光的特点 • a.高单色性 • b.高方向性 • c.高亮度 • d.高相干性
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• 激光管发出的激光射到干涉仪的半反射镜后，被分 成两束光。光束2经半反射镜反射到固定在机床床身上 的全反射镜，又被反射回来透过半透镜射到光电计数器 上。光束1透过半透反射镜射到装在工作台上的可动反 射镜，再反射回半透反射镜，也被反射到光电计数器上。
•由于这两束光的路径不同，有光程差
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• 当光程差ΔS等于激光波长λ的整数倍时，则两束 光在光电计数器处相互加强并出现亮点；如果光程差 ΔS=N·λ+λ/2,则亮束光相互抵消，在光电计数器处 出现暗点。因此，每当工作台移动半个激光波长时， 光电计数器将收到一个脉冲信号，根据计数器所计脉 冲数n即可测出工作台的位移L=1/2·n·λ。