1、Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)測量與反饋裝置測量與反饋裝置Chapter 5Measurement and Feedback EquipmentRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)概述概述旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 脈沖編碼器脈沖編碼器感應(yīng)同步器感

2、應(yīng)同步器 光柵光柵XXX本章小結(jié)本章小結(jié)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)1 概述 IntroductionA 組成組成 位置測量裝置是由檢測元件檢測元件（傳感器，sensor）和信信號(hào)處理裝置號(hào)處理裝置組成的。B 作用作用 實(shí)時(shí)測量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反位置反饋到饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分重要組成部分。Raymond Ding Numerical Control Technolog

3、y機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)1 概述 IntroductionB 作用作用 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度加工精度在很大程度上是由位置檢由位置檢測裝置的精度決定的測裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測必須精心選擇位置檢測裝置裝置。accuracyRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)1 概述 IntroductionC 進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測量裝置的要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測量裝置的要求u高可靠性和高抗干擾性u(píng)能滿足精度和速度的要求u使用維護(hù)方便u成本低受溫度、濕度的影響小受溫度、濕

4、度的影響小工作可靠工作可靠精度保持性精度保持性好好抗干擾能力抗干擾能力強(qiáng)強(qiáng)位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率的分辨率(一個(gè)數(shù)量級(jí)一個(gè)數(shù)量級(jí))位置檢測裝置最高允許的檢測速度應(yīng)位置檢測裝置最高允許的檢測速度應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度高于數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)1 概述 IntroductionD 位置測量裝置的分類位置測量裝置的分類u按輸出信號(hào)的形式分類按輸出信號(hào)的形式分類u按測量基點(diǎn)的類型分類按測量基點(diǎn)的類型分類u按檢測元件的運(yùn)動(dòng)形式分類按檢測元件的運(yùn)動(dòng)

5、形式分類數(shù)字式數(shù)字式 digital模擬式模擬式 analog增量式增量式 incremental絕對(duì)式絕對(duì)式 absolute回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式 revolving直線式直線式 linearRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)1 概述 IntroductionD 位置測量裝置的分類位置測量裝置的分類數(shù)數(shù)字字式式 模模擬擬式式 增增量量式式 絕絕對(duì)對(duì)式式 增增量量式式 絕絕對(duì)對(duì)式式 回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式 脈脈沖沖編編碼碼盤盤 圓光柵 絕對(duì)式脈沖編碼盤 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變壓壓器器 圓感應(yīng)同步器 圓磁尺 三速圓感應(yīng)同步器 直直線線式式 直直線線光光

6、柵柵 激光干涉儀 多通道透射光柵 直直線線感感應(yīng)應(yīng)同同步步器器 磁尺 三速感應(yīng)同步器 絕對(duì)磁尺 Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle Encoder 脈沖編碼器又稱脈沖編碼器又稱碼盤碼盤，是一種，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件，元件，通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測軸的通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式形式或絕對(duì)式代碼或絕對(duì)式代碼形式形式 根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為接觸式接觸式、光

7、電式光電式和和電磁式電磁式三種。其中，光電碼盤在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，三種。其中，光電碼盤在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，而由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤則而由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤則可用作速度檢測元件可用作速度檢測元件Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderA 增量式脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理增量式脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderB 信號(hào)的作用及其處理方式信號(hào)的作

8、用及其處理方式n A、B兩相的作用兩相的作用 根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移測軸的角位移 根據(jù)脈沖的頻率可得被測根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速 根據(jù)根據(jù)A、B兩相的兩相的相位超前相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)方向ABCP90O倍頻電路：信號(hào)細(xì)分倍頻電路：信號(hào)細(xì)分Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderB 信號(hào)的作用及其處理方式信號(hào)的作用及其處理方式ABCP90O信號(hào)細(xì)分信號(hào)細(xì)分a整形器A微分C微分AABAD +CDBC反向C

9、YH1正向脈沖b整形器B微分D微分BABBC +CDAD反向DYH1負(fù)向脈沖Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderB 信號(hào)的作用及其處理方式信號(hào)的作用及其處理方式n Z相的作用相的作用 被測軸的周向定位被測軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)記數(shù)信號(hào)nA B Z的作用的作用后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A、A兩相實(shí)現(xiàn)兩相實(shí)現(xiàn)差分輸入，以消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牟罘州斎耄韵h(yuǎn)距離傳輸?shù)墓材８蓴_共模干擾Z碼盤轉(zhuǎn)一圈Raymond Ding Numerical Co

10、ntrol Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderC 規(guī)格及分辨率規(guī)格及分辨率n 規(guī)格規(guī)格 增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù) 現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從 36ppr 到到 105ppr 都有都有 選擇選擇 伺服系統(tǒng)要求的分辨率伺服系統(tǒng)要求的分辨率 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)(如，傳動(dòng)比，導(dǎo)程如，傳動(dòng)比，導(dǎo)程) 分辨率分辨率(分辨角分辨角) 設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為 n 線線/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)n360resolution體會(huì)體會(huì)“增量增量式式”有何不足？

11、有何不足？Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderD 絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等的刻線數(shù)相等對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器輸出信號(hào)的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比輸出信號(hào)的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比檢測信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸出，故檢測信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸出，故可測得被測軸的周向絕對(duì)位置可測得被測軸的周向絕對(duì)位置分辨率是多少？分辨率是多少？418 tracksRaymond Ding Numerical Control Te

12、chnology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderD 絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器帶來什么樣的帶來什么樣的新特點(diǎn)呢？新特點(diǎn)呢？u編碼循序與位置編碼循序與位置循序相一致循序相一致u但可能產(chǎn)生非單但可能產(chǎn)生非單值性誤差值性誤差Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderE Gray循環(huán)碼循環(huán)碼 Gray Code是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Frank Gray在20世紀(jì)40年代提出的一種編碼方法， 用來在使用Pusle Code Modulation方法傳送訊號(hào)時(shí)避免出錯(cuò)。于19

13、53年取得美國專利。 Gray Code的編碼方式不是唯一的，這里討論的是最常用的一種。Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderE Gray循環(huán)碼循環(huán)碼u編碼方法編碼方法它是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來的：它是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來的：將二進(jìn)制碼與其本身將二進(jìn)制碼與其本身右移一位右移一位后的數(shù)碼作后的數(shù)碼作不進(jìn)位加法不進(jìn)位加法，得出，得出的結(jié)果即為格雷碼的結(jié)果即為格雷碼11001010Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼

14、器 Pusle EncoderE Gray循環(huán)碼循環(huán)碼Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)2 脈沖編碼器 Pusle EncoderF 光電編碼器的應(yīng)用特點(diǎn)光電編碼器的應(yīng)用特點(diǎn)n非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好n允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高n光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)n體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境n結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短n碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗

15、震動(dòng)能力差碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動(dòng)能力差Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)Any questions？Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器A 從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器dEdt 11dendt 22dendt 2211nUUnRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器A 從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器21sinBSnUUn2211nU

16、UnsinsinBmUkUtRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器A 從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器sinsinBmUkUt調(diào)制波的峰值調(diào)制波的峰值角位置角位置解調(diào)后的值解調(diào)后的值Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器A 從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器從變壓器到旋轉(zhuǎn)變壓器sinsinBmUkUt調(diào)制波的峰值調(diào)制波的峰值角位置角位置解調(diào)后的值解調(diào)后的值Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)

17、床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器B 實(shí)際應(yīng)用的工作方式實(shí)際應(yīng)用的工作方式1sinSmEUt1cosCmEUt211sincosSCEkEkEcos()mkUtRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器B 實(shí)際應(yīng)用的工作方式實(shí)際應(yīng)用的工作方式1sinSmEUt1cosCmEUt211sincosSCEkEkEcos()mkUt鑒相方式鑒相方式u幅值相同，頻率相同幅值相同，頻率相同u相位相差相位相差900u正弦交變電壓正弦交變電壓u垂直布置垂直布置u匝數(shù)相同匝數(shù)相同鑒相器鑒相器phase detector相位比較器相

18、位比較器鑒相電路鑒相電路Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器B 實(shí)際應(yīng)用的工作方式實(shí)際應(yīng)用的工作方式1sinsinSmEUt1cossinCmEUt211sincosSCEkEkEcos()sinmkUtRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器B 實(shí)際應(yīng)用的工作方式實(shí)際應(yīng)用的工作方式鑒幅方式鑒幅方式鑒幅電路？鑒幅電路？1sinsinSmEUt1cossinCmEUt2cos()sinmEkUt機(jī)械角機(jī)械角電氣角電氣角跟蹤跟蹤Raym

19、ond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器C 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器C 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)3 旋轉(zhuǎn)變壓器D 應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠對(duì)環(huán)境要求低對(duì)環(huán)境要求低信號(hào)輸出幅度大信號(hào)輸出幅度大抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)極對(duì)數(shù)大于極對(duì)數(shù)大于1 1時(shí)的情況，多時(shí)的情況，多次過零點(diǎn)的問題；次過零點(diǎn)的問題；一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)

20、的相對(duì)測量，如一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的相對(duì)測量，如何變成絕對(duì)測量；何變成絕對(duì)測量；Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器A 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu) sin cos 節(jié)距2 節(jié)距（0.5mm）41 絕緣粘膠 銅箔 鋁箔 耐切削液涂層 基板(鋼、銅)定尺定尺滑尺滑尺滑尺定尺Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器A 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，借以進(jìn)行利用電磁耦合原理，將位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，借以進(jìn)

21、行位置檢測和反饋控制位置檢測和反饋控制直線式直線式感應(yīng)同步器中有定尺和滑尺兩部分，定尺與滑尺平行感應(yīng)同步器中有定尺和滑尺兩部分，定尺與滑尺平行安裝，且保持一定間隙。定尺固定不動(dòng)，當(dāng)滑尺移動(dòng)。定尺安裝，且保持一定間隙。定尺固定不動(dòng)，當(dāng)滑尺移動(dòng)。定尺上的繞組是連續(xù)分布的。滑尺有兩個(gè)激磁繞組，即正弦繞組上的繞組是連續(xù)分布的。滑尺有兩個(gè)激磁繞組，即正弦繞組A和余弦繞組和余弦繞組B，它們?cè)诳臻g位置上相差它們?cè)诳臻g位置上相差14節(jié)距，節(jié)距用節(jié)距，節(jié)距用2表示，其值一般為表示，其值一般為2mm。 Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感

22、應(yīng)同步器A 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器A 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器A 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器B 工作原理工作原理U0U01USUSUSUSUS定尺滑尺如果在滑尺的兩個(gè)繞組如果在滑尺的兩個(gè)繞組(正、正、余弦繞組余弦繞組)中通以中通

23、以滿足不同條滿足不同條件的電壓件的電壓，也可以得到兩種，也可以得到兩種典型的工作方式：典型的工作方式：鑒相工作鑒相工作方式和鑒幅工作方式方式和鑒幅工作方式。Raymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器B 工作原理工作原理q鑒相工作方式鑒相工作方式給滑尺的兩個(gè)正余給滑尺的兩個(gè)正余弦繞組分別供以弦繞組分別供以頻頻率和幅值相同，相率和幅值相同，相位差為位差為9090的勵(lì)磁的勵(lì)磁信號(hào)信號(hào)定尺繞組中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：定尺繞組中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：定尺上輸出的感應(yīng)電壓為：定尺上輸出的感應(yīng)電壓為：sinSmUUtcosCm

24、UUtsincosSmEkUtcoscos()cossin2CmmEkUtkUt sin()dCSmuEEkUtRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器B 工作原理工作原理q鑒相工作方式鑒相工作方式 滑尺相對(duì)定尺的空間相位角滑尺相對(duì)定尺的空間相位角 與滑尺相對(duì)于定尺位移與滑尺相對(duì)于定尺位移x的關(guān)系為：的關(guān)系為：定尺上輸出的感應(yīng)電壓為：定尺上輸出的感應(yīng)電壓為：sin()dCSmuEEkUt22xRaymond Ding Numerical Control Technology機(jī)床數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控技術(shù)4 感應(yīng)同步器B 工作原理工作原理q鑒幅工作方式鑒幅工