數(shù)控技術(shù)(華科大)第6章 位置檢測裝置(上課用)

1、第第6 6章章 位置檢測裝置位置檢測裝置w6.1 概述概述w6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器w6.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器w6.4 脈沖編碼器脈沖編碼器w6.5 光柵測量裝置光柵測量裝置w6.6 速度傳感器速度傳感器w6.7 位置傳感器位置傳感器返回課件首頁圖圖6-1 6-1 CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成6.1.16.1.1檢測概述：檢測概述：位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。6.1 概概述述6.1概述圖圖6-26-2富士通富士通CNCCNC系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求數(shù)控機床

2、對位置檢測裝置的要求 工作可靠，抗干擾能力強；工作可靠，抗干擾能力強； 滿足精度和速度的要求；滿足精度和速度的要求； 易于安裝，維護方便，適應(yīng)機床工作環(huán)境；易于安裝，維護方便，適應(yīng)機床工作環(huán)境； 成本低。成本低。6.1.2 檢測元件的作用與分類檢測元件的作用與分類w位置檢測裝置按工作條件和測量要求不位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面幾種分類方法：同，有下面幾種分類方法：直接測量和間接測量直接測量和間接測量直接測量直接測量間接測量間接測量數(shù)字式測量和模擬式測量數(shù)字式測量和模擬式測量數(shù)字式測量數(shù)字式測量模擬量測量模擬量測量增量式測量和絕對式測量增量式測量和絕對式測量增量式測量增量式測量絕

3、對式測量絕對式測量位移檢測裝置的分類測角測角測長測長位移檢測裝置位移檢測裝置數(shù)字式數(shù)字式增量式增量式光電盤光電盤圓光柵圓光柵數(shù)碼盤數(shù)碼盤絕對式絕對式模擬式模擬式增量式增量式同步分解器同步分解器圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器磁盤磁盤絕對式絕對式多極同步分解器多極同步分解器同步分解器組件同步分解器組件三重式圓感應(yīng)同步器三重式圓感應(yīng)同步器長光柵長光柵多通道透射光柵多通道透射光柵直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器磁尺磁尺數(shù)字式數(shù)字式增量式增量式絕對式絕對式模擬式模擬式增量式增量式絕對式絕對式多重式直線感應(yīng)同步器多重式直線感應(yīng)同步器本章重點、難點和知識拓展本章重點、難點和知識拓展本章重點：本章重點：用于檢測機床運動

4、部件位置、速度的用于檢測機床運動部件位置、速度的各種檢測裝置及其工作原理。各種檢測裝置及其工作原理。注注 意：意：知識拓展：知識拓展：數(shù)控機床常用的位置檢測裝置有光柵、數(shù)控機床常用的位置檢測裝置有光柵、編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器及磁柵等。從編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器及磁柵等。從測量的方式看有直接測量和間接測量；從測量裝測量的方式看有直接測量和間接測量；從測量裝置的原理和輸出信號看有絕對式測量和增量式測置的原理和輸出信號看有絕對式測量和增量式測量及數(shù)字式測量和模擬式測量。量及數(shù)字式測量和模擬式測量。本章難點：本章難點：每種檢測裝置使用場合和安裝方式。每種檢測裝置使用場合和安裝方式。返回第

5、6章目錄小結(jié)小結(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。返回第6章目錄小結(jié)小結(jié)作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。 感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。是根據(jù)互感原理工作的。返回第6章目錄6.6 速度傳感器速度傳感器6.6

6、.1 測速發(fā)電機6.6.2 脈沖編碼器的使用速度傳感器分直線速度型和角速度型。速度傳感器分直線速度型和角速度型。前面介紹的光電編碼器，它除了用作角位移傳前面介紹的光電編碼器，它除了用作角位移傳感器外，同時也被用作速度傳感器。感器外，同時也被用作速度傳感器。測速發(fā)電機也是一種常用的速度傳感器。測速發(fā)電機也是一種常用的速度傳感器。 速度傳感器一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測控速度傳感器一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測控制中，因此角速度傳感器用得較多。制中，因此角速度傳感器用得較多。6.6.1 測速發(fā)電機測速發(fā)電機是一種能把機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?。是一種能把機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?。?/p>

7、與一般的發(fā)電機相比有如下兩個特點。它與一般的發(fā)電機相比有如下兩個特點。 (1) (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴格地呈線性關(guān)系。輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴格地呈線性關(guān)系。 (2) (2) 輸出電勢與轉(zhuǎn)速比的斜率大。輸出電勢與轉(zhuǎn)速比的斜率大。測速發(fā)電機分交流和直流兩大類。測速發(fā)電機分交流和直流兩大類。 交流測速發(fā)電機又有同步、異步之分。交流測速發(fā)電機又有同步、異步之分。在機電一體化控制系統(tǒng)中，常用的是交流異步在機電一體化控制系統(tǒng)中，常用的是交流異步測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機。測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機。6.7 位置傳感器位置傳感器6.7.1 接觸式位置傳感器6.7.2 接近式位置傳感器 位置傳感器和位移傳感器不一

8、樣，它所測量的不是一位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測量的不是一段距離的變化量，而是通過檢測，確定是否已到達某段距離的變化量，而是通過檢測，確定是否已到達某一位置。因此，它不需要產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬量，只一位置。因此，它不需要產(chǎn)生連續(xù)變化的模擬量，只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量就可以了。這種傳需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量就可以了。這種傳感器常用于數(shù)控機床換刀具、工件或工作臺到位或行感器常用于數(shù)控機床換刀具、工件或工作臺到位或行程限制等輔助機能的信號檢測。程限制等輔助機能的信號檢測。 位置傳感器分接觸式和接近式兩種。接觸式傳感器是位置傳感器分接觸式和接近式兩種。接觸式傳感器是能獲取兩個物體是

9、否接觸之信息的一種傳感器；而接能獲取兩個物體是否接觸之信息的一種傳感器；而接近式傳感器則是用來判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物近式傳感器則是用來判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。體的一種傳感器。6.7.1 接觸式位置傳感器接觸式位置傳感器（1） 微動開關(guān)位置傳感器（2）二維矩陣式位置傳感器這類傳感器用微動開關(guān)之類的觸點器件便可構(gòu)成。它有以下兩種。6.7.2 接近式位置傳感器接近式位置傳感器接近式位置傳感器的種類： 電磁式； 光電式； 靜電容式； 氣壓式； 超聲波式。接近式位置傳感器的原理接近式位置傳感器的原理基本工作原理可用圖6-25表示。圖圖6-25 6-25 接近式位置傳感器接近式位

10、置傳感器本章重點、難點和知識拓展本章重點、難點和知識拓展本章重點：本章重點：用于檢測機床運動部件位置、速度的用于檢測機床運動部件位置、速度的各種檢測裝置及其工作原理。各種檢測裝置及其工作原理。注注 意：意：知識拓展：知識拓展：數(shù)控機床常用的位置檢測裝置有光柵、數(shù)控機床常用的位置檢測裝置有光柵、編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器及磁柵等。從編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器及磁柵等。從測量的方式看有直接測量和間接測量；從測量裝測量的方式看有直接測量和間接測量；從測量裝置的原理和輸出信號看有絕對式測量和增量式測置的原理和輸出信號看有絕對式測量和增量式測量及數(shù)字式測量和模擬式測量。量及數(shù)字式測量和模擬式測量

11、。本章難點：本章難點：每種檢測裝置使用場合和安裝方式。每種檢測裝置使用場合和安裝方式。本章總結(jié)本章總結(jié)發(fā)出反饋的信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相發(fā)出反饋的信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運動，直至偏差等于零為止。向著消除偏差的方向運動，直至偏差等于零為止。位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)或測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)

12、控制。半閉環(huán)控制。數(shù)控機床一般要求檢測元件的分辨率（檢測元數(shù)控機床一般要求檢測元件的分辨率（檢測元件能檢測到的最小位移量）在件能檢測到的最小位移量）在0.0001-0.010.0001-0.01之內(nèi)，之內(nèi)，測量精度為測量精度為0.001- 0.001- 0.020.02mm/mmm/m，運動速度為運動速度為0-0-2424m/min m/min 。返回課件首頁返回本章首頁第第6章思考題與習(xí)題章思考題與習(xí)題6-1位置檢測裝置在位置檢測裝置在NC機床中的作用是什么機床中的作用是什么?試簡述試簡述NC機床對位置機床對位置檢測裝置的要求。檢測裝置的要求。6-2位置檢測裝置有哪幾種分類方法位置檢測裝置有

13、哪幾種分類方法?感應(yīng)同步器、脈沖編碼器在這感應(yīng)同步器、脈沖編碼器在這些分類方法中各屬于哪一類些分類方法中各屬于哪一類?6-3簡述莫爾條紋的形成原理及特點。簡述莫爾條紋的形成原理及特點。6-4在光柵檢測中采用細分電路有什么作用在光柵檢測中采用細分電路有什么作用?6-5簡述接觸式碼盤的結(jié)構(gòu)和工作原理。簡述接觸式碼盤的結(jié)構(gòu)和工作原理。6-6增量式光電碼盤如何判斷軸的旋轉(zhuǎn)方向和測量軸的轉(zhuǎn)速增量式光電碼盤如何判斷軸的旋轉(zhuǎn)方向和測量軸的轉(zhuǎn)速?6-7絕對編碼器的分辨率是由什么決定的絕對編碼器的分辨率是由什么決定的?6-8簡述光柵位置檢測裝置檢測線位移的工作原理。簡述光柵位置檢測裝置檢測線位移的工作原理。6-9在絕對編碼器中，二進制編碼與葛萊碼編碼盤各有何優(yōu)缺點在絕對編碼器中，二進制編碼與葛萊碼編碼盤各有何優(yōu)缺點?6-10設(shè)有一絕對編碼器有設(shè)有一絕對編碼器有8個碼道，求其能分辨的最小角度是多少個碼道，求其能分辨的最小角度是多少?若該編碼器采用二進制編碼，那么，若該編碼器采用二進制編碼，那么，11001101所對應(yīng)的角度在哪所對應(yīng)的角度