[工学]3_第六章.ppt

光电编码器检测装置的分辨率α可按下式计算： 编码盘可以直接读出角位移的绝对值，这样 , 数控机床开机后不必回零，这种测量方法没有累积误差，电源切断后位置信号不会丢失，允许的最高转速较高。 码盘的分辨率与码道数n的多少有关，其分辨率α为： 由此可见，莫尔条纹的间距与光栅栅距呈正比关系。莫尔条纹具有如下特点: （1) 起放大作用 减小θ可增大В，相当于把栅距 W 扩大了1/θ倍后，转化为莫尔条纹。例如，栅距为W=0.Ol㎜的线纹，人的肉眼是无法分辨的；而当θ=0.001rad 时，莫尔条纹的间距В=lOmm，这就清晰可见了。说明莫尔条纹可以把光栅的栅距放大 1000 倍，从而大大提高了光栅的分辨率。 （2) 起均化误差作用 莫尔条纹是由若干条光栅线纹形成的，若光电元件接受长度为 10㎜，当 W=0.01mm 时，则 1O㎜ 长的一根莫尔条纹就是由 1000 条线纹组成的，因此，制造上的缺陷，例如间断地少了几条线，只会影响千分之几的光电效果。所以，用莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一两条线纹，而是一组线纹的平均效应。 （3) 莫尔条纹移动与光栅栅距移动之间的关系 当光栅移动一个栅距 W 时，莫尔条纹也相应移动一莫尔条纹的间距 B,即光栅某一固定点的光强按明→暗→明规律交替变化一次。因此，光电元件只要读出移动的莫尔条纹数目，就知道光栅移动了多少栅距，从而也就知道了运动部件的准确位移量。 在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正弦波形变化。莫尔条纹移动通过光电元件转换成检测的电信号。 将一定节距的磁化信号用记录磁头记录在磁性标尺上， 并以此作为测量基准来测量位移，这种检测装置称为磁栅位置检测装置，简称磁栅。磁栅由磁性标尺、磁头和检测电路组成，按其结构可分为直线型磁栅和圆型磁栅，分别用于直线位移和角位移的测量。磁性标尺按基体形状有带状磁尺、线状磁尺和圆形磁尺，线状磁尺和带状磁尺的磁头相同，圆形磁尺主要用来检测角位移。如下图所示。 磁栅具有高精度，外型小巧、易安装，抗恶劣环境能力优良。对周围电磁场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较多的场合下使用有较好的稳定性。适用于中小型机械及精密仪器作位移测量检测。目前磁栅的检测行程可达100mm?到?2300mm?，检测精度可达±5?μm?/?m，分辨率达到0.5μm，?最大响应速度为?60m/min?。 一、磁栅的组成 （一）磁性标尺 磁性标尺常采用不导磁材料做基体，在上面镀上一层10～3μm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜。再用录磁磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，用以作为测量基准，信号可为正弦波、方波等。节距通常为O.05mm、O.1mm、O.2mm、1mm等几种，最后在磁尺表面还要涂上一层1～2μm厚的保护层，以防磁头与磁尺频繁接触而引起的磁膜磨损。 （二）读取磁头 读取磁头是磁电转换装置，其功能是将记录在磁性标尺上的磁化信号检测出来送到测量电路常用磁头有两种。 1．速度响应型磁头 这种磁头与普通录音机的读取磁头差不多，磁头输出的电压幅值取决于磁通变化率。这种磁头必须相对磁性标尺有位移时才有信号输出，如图6-14a图所示，因此不能用于静态检测。 2．磁通响应型磁头 数控机床要求在静止状态也能检测出所处的位置，必须采用一种称为磁通响应型磁头来检测磁化信号。如图6-14中 b)图所示，与速度响应型磁尺不同的是，磁通响应型磁头多了一组激磁线圈，当激磁电流输入激磁线圈时，产生磁通Φ，当励磁电流的瞬时值增大到某一值时，磁头横臂铁芯材料饱合，磁阻很大，但断磁尺与磁头构成的磁路，当励磁电流变小时，磁阻变小，磁尺与磁头又构成磁路。这样即使磁头不移动，输出线圈电压为: 当 改变时，仍有感应电势输出，实现了静态检测的目的。激磁电流的作用是产生一个磁阻的变化，相当于一个磁开关。 磁头上读取线圈的输出电压e为 二、磁栅的检测方法 与感应同步器检测装置一样，磁栅也有鉴相和鉴幅两种检测方式。图6-15是鉴幅型检测电路，两组磁头通以同频、同相、同幅值的激磁电流，由于两组磁头的安装位置相差,(n为正整数)因此检波整形后的方波相差90°相位。将其中一组方波微分变成脉冲信号，另一组方波作为与门G1、G2的开门信号，送人计数器计数，则可把检测信号数字化。鉴幅电路检测的脉冲数等于磁头在磁尺上移过的节距数。其分辨率受录磁节距限制，为进一步提高分辨率可用电子倍频电路。 二、相位工作方式 图6-20　相位工作方式 定子的两个绕组通同幅值、频率，但相位差π/2的交流激磁电压 三、幅值工作方式 图6-21　幅值工作方式 定子的两个绕组分别通同频率、同相位、幅值分别按正弦、余弦变化的交流激磁电压，即