數(shù)控檢測技術課件

1、第 5 章 數(shù)控檢測技術10/12/2022第 5 章 數(shù)控檢測技術10/10/20225.1 概 述 組成：位置測量裝置是由檢測元件（傳感器）和信號處理裝置組成的。 作用：實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號，并變換成位置控制單元所要求的信號形式，將運動部件現(xiàn)實位置反饋到位置控制單元，以實施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，在設計數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。10/12/20225.1 概 述 10/10/20225.1.1 檢測裝置的分類 數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為

2、位移、速度和電流三種類型。 安裝的位置及耦合方式直接測量和間接測量； 測量方法 增量型和絕對型; 檢測信號的類型 模擬式和數(shù)字式； 運動型式 回轉型和直線型； 信號轉換的原理 光電效應、光柵效應、電磁感應原理、 壓電效應、壓阻效應和磁阻效應等。 10/12/20225.1.1 檢測裝置的分類 數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移、表51 數(shù)控機床檢測裝置分類 分 類 增 量 式 絕 對 式 位移傳感器 回轉型脈沖編碼器、自整角機 、旋轉變壓器、圓感應同步器 、光柵角度傳感器 、圓光柵、圓磁柵 多極旋轉變壓器 、絕對脈沖編碼器 絕對值式光柵 、 三速圓感應同步器 、磁阻式多極旋轉變壓器 直線型直線應同步

3、器 、光柵尺、磁柵尺 、激光干涉儀 霍耳位置傳感器 三速感應同步器 、絕對值磁尺、光電編碼尺 、磁性編碼器 速度傳感器 交、直流測速發(fā)電機 、 數(shù)字脈編碼式速度傳感器 、霍耳速度傳感器 速度角度傳感器（Tachsyn）、數(shù)字電磁、磁敏式速度傳感器 電流傳感器 霍耳電流傳感器 10/12/2022表51 數(shù)控機床檢測裝置分類 分 類 增 量 式 傳感器的性能指標應包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，主要如下。 1.精度 符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關系的準確程度 稱作精度。高精度和高速實時測量。 2.分辨率 分辯率應適應機床精度和伺服系統(tǒng)的要求。 3.靈敏度 靈敏度高、一致。 4.遲滯 對某一輸入量，傳感

4、器的正行程的輸出量與反行程的 輸出量的不一致，稱為遲滯。遲滯小。 5.測量范圍和量程 6.零漂與溫漂 其它： 可靠，抗干擾性強、使用維護方便、成本低等。 5.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標及要求 10/12/2022 傳感器的性能指標應包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，主要如5.2 旋轉變壓器 54318762 圖51 旋轉變壓器結構示意1-轉軸 2-軸承 3-機殼 4-轉子鐵心 5-定子鐵心 6-端蓋 7-電刷 8-集電環(huán) 10/12/20225.2 旋轉變壓器 54318762 10/10/202旋轉變壓器（Resolver）簡稱旋變，又稱作解算器或分解器。分類：有電刷、集電環(huán)結構和無刷結構 單對極

5、元件、多對極元件（或稱多極元件）工作原理：電磁感應 5.2.1 旋轉變壓器的結構和工作原理 定子轉子S1R1S2S3S4R2R3R410/12/2022旋轉變壓器（Resolver）簡稱旋變，又稱作解算器或分解器 E2= KV 1 cos = KV m sintcos =90 E 2 = 0 =0 E 2 = KV m SINt式中: E 2轉子繞組感應電勢； V1定子繞組勵磁電壓 V1=Vmsint； Vm電壓信號幅值； 定、轉子繞組軸線間夾角； K變壓比 （即繞組匝數(shù)比） 5.2.1 旋轉變壓器的結構和工作原理 V1=Vmsint V1 V1 E 2=0（= 90） E 2=KVmSINt

6、cos E 2= KVmsint（= 0） 10/12/2022 E2= KV 1 cos = KV m sintcos鑒相方式 Vs=VmsintVc=Vmcost E2= KV m cos- KV csin = KV m (sintcos- costsin) = KV m sin(t-) 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVSVsVcE2 圖5.3 定子兩相繞組勵磁 轉子輸出信號的相位角(t-)與轉子的偏轉角之間有著嚴格的對應關系。10/12/2022鑒相方式 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVSVsVc2.鑒幅方式 Vs=Vmsin電sintVc=Vmcos電sint E2 = KV

7、m cos機- KV csin機 = KV m sint(sin電cos機- cos電sin機 = KV m sin(電-機) sint 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVSVsVcE2 圖5.3 定子兩相繞組勵磁 感應電勢（E2）是以為角頻率、以Vm sin(電 -機 )為幅值的交變電壓信號。若電氣角電已知，只要測出E2 幅值(利用E2 =0)，便可間接的求出機械角機 ，從而得出被測角位移。 10/12/20222.鑒幅方式 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVSVs 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVS10/12/2022 5.2 2 旋轉變壓器的應用 VSVS10/10/2025.4

8、 直線光柵 光柵的分類：物理光柵和計量光柵光柵的運動方式：長光柵和圓光柵光線的走向：透射光柵和反射光柵10/12/20225.4 直線光柵 光柵的分類：物理光柵和計量光柵10/101.長光柵檢測裝置的結構 主要結構為標尺光柵和指示光柵柵距和柵距角（兩個光柵錯開的角度） 5.4.1 長光柵檢測裝置的結構 圖5.9 光柵的結構 1-防護墊 2-光柵讀數(shù)頭 3-標尺光柵 4-防護罩 VS312431245標尺光柵 圖5.10 光柵讀數(shù)頭 1-光源 2-準直鏡 3-指示光柵 4-光敏元件 5-驅動線路 10/12/20221.長光柵檢測裝置的結構 5.4.1 長光柵檢測裝置的結構2.工作原理（以透射投

9、影為例） 摩爾條文寬度B的理論公式 莫爾條紋：嚴格來說： 橫向莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直 5.4.1 長光柵檢測裝置的結構 d 放大2倍 VS d WW 10/12/20222.工作原理（以透射投影為例） 摩爾條 莫爾條紋的特征：（1）莫爾條紋的變化規(guī)律：兩片兩光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。 （2）放大作用 莫爾條紋寬度 W 和光柵柵距 d、柵線夾角之間關系： 由圖可知 W=d sin 又很小可認為 sin 故 W=d/ 例如 d = 0.01, =

10、 0.01rad, 得W =1mm, 放大100（3）均化柵距誤差作用 5.4.1 長光柵檢測裝置的結構 10/12/2022 莫爾條紋的特征： 5.4.1 長光柵檢測裝置的結構 10 莫爾條紋的細分技術：光學細分、機械細分和電子細分 5.4.2 光柵位移-數(shù)字變換電路 abcd插動放大插動放大整形整形方向辨別門電路可逆計數(shù)正脈沖反脈沖abcd插動放大插動放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脈沖反向脈沖sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走10/12/2022 莫爾條紋的細分技術：光學細分、機械細分和

11、電子細分 5.10/12/202210/10/20225.5 光電脈沖編碼器 5.5.1 脈沖編碼器的分類與結構 脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發(fā)生器，能把機械轉角變成電脈沖，可作為位置檢測和速度檢測裝置。脈沖編碼器分為：光電式、接觸式和電磁感應式。脈沖編碼器是一種增量檢測裝置，它的型號是由每轉發(fā)出的脈沖數(shù)來區(qū)分。2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等；1234567圖5. 14 光電脈沖編碼器的結構1-光源 2-圓光柵 3-指示光柵 4-光電池組 5-機械部件 6-護罩 7-印刷電路板 10/12/20225.5 光電脈沖編碼器 5.5.1 脈沖編碼器的分類 5.5.2 光電脈沖編碼器的工作原理 t 節(jié)距PAB90 90 圖5.15光電脈沖編碼器的輸出波形 10/12/2022 5.5.2 光電脈沖編碼器的工作原理 t 節(jié)距PAB 5.5.3 光電脈沖編碼器的應用 A相信號a+B相信號整形整形dbcef-可逆計數(shù)&單穩(wěn)反向abcdefabcdef應用一：適應帶加減計數(shù)要求的可逆計數(shù)器，形成加計數(shù)脈沖和減計數(shù)脈沖 10/12/2022 5.5.3 光電脈沖編碼器的應用 A相信號a+B相信號 5.5.3 光電脈沖編碼器的應用 應用二：適應有