位置检测系统

磁尺测量装置的组成和工作原理：
磁性标尺是在非导磁材料如铜、不锈钢、玻璃或其 他合金材料的基体上，用涂敷、化学沉积或电镀的一层 10～20um的导磁材料（Ni-Co或Fe-Co合金），在它 的表面上录制相等节距周期变化的磁信号。磁信号的节 距一般为0.05、0.1、0.2、1mm。为了防止磁头对磁 性膜的磨损，通常在磁性膜上涂一层厚1～2mm的耐磨 塑料保护层。磁头是进行磁电转换的变换器，它把反映 空间位置的磁信号输送到检测电路中去。
变压器的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通
常为400H、500H、1000H、3000H、5000H，其结构简单、
动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅
度大，抗干扰性强，工作可靠。
原因：挡光积分效应 原理：由于两光栅间有一个微小的倾斜角，使其线纹相 互交叉，在交叉近旁墨线重叠，减少了挡光面积，挡光 效应弱，在这个区域内出现亮带，光强最大。相反，离 交叉点远的地方，两光栅不透明墨线重叠部分减少，挡 光面积增大，挡光效应增强，由光源发出的光几乎全被 挡住而出现暗带，光强为0，这就形成了粗光栅的横向莫 尔条纹节距W。
元件。因此通过S1和S2的光束分别为两个光电元件所接 受。当光栅移动时，莫尔条纹通过两个隙缝的时间不同。
所以两个光电元件所获得的电信号相同，但相位相差
90°。
4、提高光栅检测装置的精度的措施
可以提高刻线精度和增强刻线密度。但刻线密度达
200线/mm以上的细光栅刻线制造较困难，成本也高，
因此，通常采用倍频的方法来提高光栅的分辨率精度。
● 光线刻线要求很精确，两光栅之间的间隙及倾斜角 都要求保持不变，制造调试比较困难。光学系统易受外 界的影响产生误差，同时又有灰尘、油、冷却液等污物 的侵入，易使光学系统变质。
3.4磁尺测量装置 磁尺位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路
组成。 利用录磁的原理将一定周期变化的方法，正弦波或
脉冲电信号，用录磁磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作 为测量的基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁 信号转换成电信号，经过检测电路处理后，用以计量磁 头相对磁尺之间的位移量。 特点：对使用环境的条件要求较低，对周围磁场的抗干 扰能力较强，在油污、粉尘较多的地方使用有较好的稳 定性。
标尺光栅和指示光栅分别安装在机床的移动部件及 固定部件上，两者相互平行，它们之间保持0.05mm或 0.1mm的间隙。
根据制造方法和光学原理不同，光栅可分 : 透射光栅 反射光栅 透射光栅：采用经磨制的光学玻璃或在玻璃表面感光材 料的涂层上刻成光栅线纹。 特点：光源可以采用垂直入射光，光电元件直接接受光
普通录音机上的磁头输出电压幅值与磁通变化率成 比例，属于速度响应型磁头。根据数控机床的要求，为 了在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁 通响应型磁头。
3.5 旋转变压器位移检测装置
旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种小型交
流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定
子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为
b.平均效应 莫尔条纹是由若干线纹组成，eg: 100线/mm，10毫米的
莫尔条纹，等亮带由2000根刻线交叉而成。因而对各别栅线 的间距误差就平均化了。莫尔条纹的节距误差取决于光栅刻线 的平均误差。
3、直线光栅检测的辨向
采用一个光电元件所得到光栅信号只能计数，但不
能辩识运动的方向。为了确定运动，至少需要两个光电
. 增量式测量 绝对式测量
增量式 ：只测量位移量。测量单位为0.01mm每移动 0.01mm发出一个脉冲信号。 优点：
装置简单，任何一个对中点都可作为测量的起点。 在轮廓控制的数控机床上大都采用这种方式。
缺点：在增量式检测系统中，移距是由测量信号计数读 出，一旦计数有误，以后的测量结果则完全错误。如出 某种事故，无法恢复。 绝对式：
50 线/mm
200 线/mm
具体：采用4个光电元件和4个隙缝，每个光栅节距产生
4个脉冲，分辨率提高4倍。
5、特点：
● 由于光栅的刻线可以制作十分精确，同时莫尔条纹 对刻线局部误差有均化作用，因此，栅距误差对测量精 度影响较小。也可采用信号。
● 在检测过程中，标尺光栅与指示光栅不直接接触， 没有磨损，因而精度可以长期保持。
光栅线纹是光栅的光学结构，相邻两线纹之间的距
离称为栅距P（ ）可根据所需精度确定，单位长度上
的刻线数目称为线纹密度 4、10、25、50、100、 200、250线/mm。
若标尺光栅和指示光栅的栅距相等，指示光栅在其 自身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角度，两块 光栅的刻线就会相交。当灯光通过聚光镜呈平行光线垂 直照射在标尺光栅上，在两块光栅线相交的钝角平分线 上，出现明暗交替、间隔相等的粗短条纹，称之为横向 莫尔条纹。
对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起。 每一个被测点都有一个相应的测量值。
3.2 增量式光电编码器和绝对式编码器 3.2.1 增量式光电编码器
3.2.2 编码盘测量装置 十六个二进制数
3.3 光栅位置检测装置 光栅用于数控机床作为检测装置，已有几十年的历
史，用以测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行 等。它是数控机床闭环系统用得较多的一种检测装置。 1 光栅检测的工作原理
当指示光栅沿标尺光栅连续移动时，莫尔条纹光强变化规 律近似正弦曲线 ， 光电元件所感应的光电流变化规律也近似 正弦曲线。
每移动一个（栅距），莫尔条纹就上下移动一个节距，光 电流就变化一次。
2、横向莫尔条纹有以下特点：
a. 放大作 用 W= sin ≈
1
若 =0.01 通过减小角，得到大的节距
，从而大大简化了电子放大线路。这是光栅技术独有的特点。
照。因此信号幅值பைடு நூலகம்较大，信噪比好。光电转换器结构简 单， 如 线性密度200线/mm。 缺点：玻璃易破裂，热 胀系数与金属部件不一致，影响测量精度。
反射光栅：光栅和机床金属部件的线膨胀系数一致，接
长方便。也可用钢带做成长达数米的长光栅。缺点：为
了使反射后的莫尔系数反差较大，每毫米内线纹不宜多， 常用 4、10、25、40、50线/mm。