2 传感器的选用

(1)光栅传感器

(2)激光传感器

(3)磁栅传感器

(4)感应同步器

3 机床传动误差的动态测量方法

3.1 机床传动误差比相测量方法

1. 模拟比相法
   常用的触发式相位计即采用了模拟比相法。模拟比相的原理。两路信号经分频后变为同频率信号进入比相计，它 们之间的时差δt取决于θ₁、 θ₂之间的相位差δ(t)。经双稳态触发 器鉴别后，Δt变换为与比相矩形波占空比相对应的模拟量 Δu，占空比的变化即反映了传动链的传动误差。
   
   模拟比相测量系统存在以下问题：① δ(t)是以 2π为周期并按一定规律变化的周期函数，设f为相位变化频率 ，ω=2πf为角频率，则有&delta(t)=δ(ωt) 。两信号比相时的波形图见图2b。此时，相位测量是以1/f为周期 的重复测量，由条件0≤δ(ωt)≤2π可知， Δu与δ(t)具有线性关系。由于δ(ωt) 呈周期变化，因此要求模拟记录表头的时间常数：小于被测变化 相位差的周期，即：τ≤1/f，否则在前一个相位变化周期内 还未获得准确读数时，后一个周期已开始重复，这样就无法实时 记录相位差的变化。因此模拟比相法的动态测量性能较差，不能 适应实时分析处理的动态测量要求。② 测量分辨率与测量范围相 互制约，如提高分辨率，则会减小量程，为此需配置量程选择电 路，被测信号的相位差必须小于360°。③ 要求进入比相计的 两路信号频率相同，即只能进行同频比相，因此两路信号的分频/ 倍频器必须满足传动比变化要求，电路结构复杂，抗干扰能力差 ，适用范围较小。
2. 数字比相法
   数字比相采用逻辑门和计数器来实现，相位差直接以数字量形式输出，其比相原理。两同频信号 θ₁/θ₂经放大整形后得到两 组脉冲信号u₁、u₁，它们分别通过逻辑 门电路控制计数器的开、关。计数器的计数结果即为 θ₁、θ₁之间的时间间隔 Δt, 它与相位差δ(t)成正比。设比相信号周期为T ，则有δ(t)=2πΔt/T。
   
   数字比相测量法的主要特点为：① 由于Δt值不仅取决 于两信号的相位差&delta(t)，而且还与两信号的频率有关。因 此，为获得较高精度的测量结果，就必须保证两比相脉冲信号和 时钟信号均有较高精度。在一个比相周期T内，任何引起比相信号 频率变化的因素都将影响测量结果。② 虽然数字比相弥补了模拟 比相的一些不足，测量稳定性和可靠性有所提高，但仍然只能适 用于同频比相。
3. 微机细分比相法
   20世纪80年代以来，测试仪器微机化成为测量技术的重要发 展趋势。在机床传动误差测量中，微机细分比相法(测量原理)开始得到广泛应用。
   
   微机细分比相法是数字比相法的微机化应用。由于计算机具 有强大的逻辑、数值运算功能和控制功能，极易实现两路信号的 高频时钟细分、比相及输出，因此外围线路的制作比较简单。如 图3b所示，传动误差为δ(t)=2πN_t/N。在 比相过程中，高频脉冲Ø不再由外部振荡电路产生，而直接 采用计算机内部的时钟CP；脉冲CP的计数不再采用逻辑门电路计 数器，而采用计算机内的可编程定时/计数器。微机细分比相测量 法具有如下优点：① 两路比相信号无须频率相同(即被测传动链 的传动比可为任意值)，在传动链误差的计算中，传动比为一常数。② 比相相 位差可为任意值，不受相位差必须小于360°的限制。③ 实现 了时钟细分与比相的一体化，使硬件接口线路大大简化。由于可 编程计数器的分频数可由计算机软件控制，因此可方便地调整采 样频率，以适应不同转速下传动链误差的测量。④ 系统的细分精 度和测量精度较高，便于构成智能化、多功能测量系统。

3.2 机床传动误差计数测量方法

1. 直接计数测量法
   直接计数测量法原理。设输入、输出轴传感器的每转输 出信号数分别为λ₁、λ₂ ，选择输出轴θ₂作为基准轴，采样间隔T等于 θ₂脉冲信号的周期或它的整数倍。根据传动误 差的定义，第j次采样时的传动误差为：δ(j)= [N₁(t_j)-N₂ (t_j (iλ₁/&lambda₂)] 2π/λ₁。
   由于θ₁、θ₂是时间上 离散的脉冲序列，因此在测量过程中，采样时间间隔 (N₂个θ₂脉冲)内 θ₁脉冲的计数N₁ (tθ_j)是随时间而变化的，且通常为非整数( 见图5)。这样，其小数部分Δ所造成的误差 Δ2π/λ₁就被忽略了。此外，实际传 动系统的(iλ₁/λ₂)不 一定总为整数，即脉冲θ₁的频率不一定是 θ₂的整数倍，如将N_1理论视为整 数处理将造成理论误差，从而限制其应用范围。


2. 微机细分计数测量法
   微机细分计数测量法原理。该方法的测量步骤为：① 以前一个θ₂脉冲作为开门信号，后一个 θ₂脉冲作为关门信号，用计数器对 θ₁的脉冲个数N₁进行计数；② 利 用时钟脉冲CP对脉冲序列θ₁进行插值细分，对 θ₁脉冲信号的小数周期计数值 T_Δ和整数周期计数值T₂分别计数 ；③ 计算传动误差：&delta(t)= (N₀+T_Δ/T₂- iλ₁/λ₂) 2πλ₁。
   微机细分计数测量法具有以下优点：① 可有效减小测量误差 Δ；② 可充分利用计算机内部资源及软件控制来简化外部 硬件电路；③ 将测量采样、数据处理和结果分析融为一体，实现 了智能化测量。