第三章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè) (PPTminimizer)

1、1 .感應(yīng)同步位置檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)變壓器位置檢測(cè)裝置磁尺位置檢測(cè)裝置光柵位置檢測(cè)裝置激光干涉位置檢測(cè)裝置脈沖編碼器，第3章NC機(jī)床位置檢測(cè)裝置，2，基本要求：1)掌握NC系統(tǒng)中速度檢測(cè)裝置的原理和應(yīng)用。 2 )掌握數(shù)控系統(tǒng)中位置檢測(cè)裝置的原理和應(yīng)用。 3 )了解數(shù)控系統(tǒng)中的電流檢測(cè)元件和應(yīng)用。 重點(diǎn)： 1 )光電脈沖編碼器檢測(cè)邏輯電路的原理和波形圖。 2 )光柵尺檢測(cè)邏輯電路的原理和波形圖。 難點(diǎn)：方向端計(jì)數(shù)器和帶可逆計(jì)數(shù)器時(shí)的檢測(cè)電路構(gòu)成的差異。 第3章NC機(jī)床的位置檢測(cè)裝置、3、3.1概要位置檢測(cè)裝置是NC機(jī)床的重要組成部分。 動(dòng)作：檢測(cè)位移和速度，并且將反饋信號(hào)與來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)相比較

2、，構(gòu)成半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制。 4、3.1概要位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 動(dòng)作：檢測(cè)位移和速度，并且將反饋信號(hào)與來(lái)自數(shù)控器的指令信號(hào)相比較以構(gòu)成閉環(huán)和半閉環(huán)控制。 5、5、5,3.1.1要求溫度、濕度影響小，工作可靠，長(zhǎng)期保持精度，在抗干擾能力強(qiáng)的機(jī)床作動(dòng)器工作范圍內(nèi)，能滿足精度和速度要求，維護(hù)容易，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境的成本低廉。 檢測(cè)元件的精度指標(biāo)：系統(tǒng)精度累積誤差的最大值(0.0010.02mm/m，10/360 )取以系統(tǒng)分辨率能夠正確檢測(cè)的最小位移量0.0010.01mm，2(1/31 )的測(cè)定信號(hào)是電脈沖，將它們直接發(fā)送到數(shù)值控制裝置進(jìn)行比較、處理特點(diǎn)：測(cè)量量被轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)，

3、易于顯示和處理的測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，幾乎與范圍無(wú)關(guān)的測(cè)量裝置比較簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)的抗干擾性強(qiáng)。 7、7、7,3.1.2位置檢測(cè)裝置的分類模擬式測(cè)定：用電壓變化、相位變化等連續(xù)變量表示被測(cè)定。 感應(yīng)同步器的1線間距(2mm )內(nèi)的信號(hào)相位變化等，主要用于小范圍的測(cè)量。 特點(diǎn)：測(cè)量量直接測(cè)量，無(wú)需轉(zhuǎn)換的小范圍實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，技術(shù)成熟。8、增量式：只測(cè)量位移量。 測(cè)量單位為0.01mm，每移動(dòng)0.01mm就發(fā)出脈沖信號(hào)。 優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單，每對(duì)中點(diǎn)都是測(cè)量的起點(diǎn)。 在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床中多采用這種方式。 缺點(diǎn)：在增量檢測(cè)系統(tǒng)中，移動(dòng)距離由測(cè)量信號(hào)的計(jì)數(shù)讀出，如果計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，則以后的測(cè)量結(jié)果完全錯(cuò)誤。

4、一旦發(fā)生什么事故，就無(wú)法恢復(fù)。 絕對(duì)公式：相對(duì)于測(cè)量的任意點(diǎn)的位置用固定的零點(diǎn)標(biāo)記。 各被測(cè)定點(diǎn)有對(duì)應(yīng)的測(cè)定值。 9、位置檢測(cè)裝置的工作原理的分析要點(diǎn)1 )檢測(cè)的位移反映在位置檢測(cè)元件的哪個(gè)部分？ 2 )如何將位移轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)檢測(cè)量？ 3 )用電檢測(cè)信號(hào)的哪個(gè)量(脈沖振幅相位頻率)標(biāo)定位移量的大??？10、3.2感應(yīng)同步器測(cè)量裝置3.2.1結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理：電磁耦合原理、位移、旋轉(zhuǎn)角電信號(hào)滑塊和定尺相互平行，保持一定的間距。 滑動(dòng)尺隨交流勵(lì)磁電壓、正弦規(guī)則變化的磁場(chǎng)、尺上感應(yīng)電壓、尺上感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化(相同頻率)。11、滑動(dòng)標(biāo)尺位置、感應(yīng)電壓、移動(dòng)距離、感應(yīng)電壓根據(jù)滑動(dòng)標(biāo)尺

5、、定尺位置而變化，12、規(guī)則：滑動(dòng)標(biāo)尺移動(dòng)1間距的感應(yīng)電壓根據(jù)侑弦波形而1周期2變化，1間距內(nèi)：根據(jù)檢測(cè)的變化1間距內(nèi)的動(dòng)作模式：相位動(dòng)作模式(相位檢測(cè)型系統(tǒng))振幅動(dòng)作模式(監(jiān)幅型系統(tǒng))相位動(dòng)作模式：提供給滑動(dòng)標(biāo)尺的勵(lì)磁信號(hào)是頻率、振幅相同，相位角相差90的交流電壓。 振幅動(dòng)作方式：滑塊標(biāo)尺線圈的相位相同，頻率相同，但通過(guò)振幅不同的勵(lì)磁電壓。14、3.2.2相位測(cè)量系統(tǒng)、相位工作方式：提供給滑動(dòng)標(biāo)尺的勵(lì)磁信號(hào)是頻率、振幅相同、相位角相差90的交流電壓。 (15 )、兩繞組定尺上的感應(yīng)電壓：根據(jù)線性重疊原理，定尺上感應(yīng)電壓的總電壓：上式說(shuō)明了感應(yīng)電壓U2與相位的關(guān)系。 16、3.2.2相位檢測(cè)系

6、統(tǒng)檢測(cè)定尺上的感應(yīng)電壓的相位，可以得到位移值：相位檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成框圖、指令信號(hào)、反饋信號(hào)(感應(yīng)電壓)、誤差信號(hào)、17、3振幅動(dòng)作方式：定尺上的感應(yīng)電壓：定尺上的感應(yīng)電壓： (正、侑) 、振幅工作方式：結(jié)論：感應(yīng)電壓的振幅隨指令規(guī)定的位移量與表的實(shí)際位移量之差的正弦規(guī)則而變化，20、3.2.3監(jiān)幅測(cè)量系統(tǒng)、監(jiān)幅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，脈沖混頻器將指令脈沖與反饋脈沖進(jìn)行比較，得到跟蹤誤差，DA變換后模擬21、作業(yè)課：序號(hào)：姓名：1 .解釋：對(duì)刀儀點(diǎn)刀的部位工件原點(diǎn)機(jī)床的原點(diǎn)編程原點(diǎn)2 .填空：脈沖當(dāng)量的值越取得，加工精度越高。 銑削工件的外側(cè)輪廓時(shí)，請(qǐng)采用切口/切口。 22、3.3旋轉(zhuǎn)變壓器位移檢測(cè)裝置(自學(xué)

7、)旋轉(zhuǎn)變壓器是小型交流電機(jī)的角度測(cè)量元件。 在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組型異步電動(dòng)機(jī)相同，由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子繞組是變壓器的一次邊，轉(zhuǎn)子繞組是變壓器的二次邊。 勵(lì)磁電壓與定子線圈連接，勵(lì)磁頻率通常為400H、500H、1000H、3000H、5000H，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作敏感，環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。 工作原理：當(dāng)勵(lì)磁電壓U1施加于定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，轉(zhuǎn)子能夠旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸與定子繞組的磁軸垂直旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖(a )所示，勵(lì)磁磁通不通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的橫截面，因此感應(yīng)電壓U2為0 當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸從垂直位置旋轉(zhuǎn)任意角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的產(chǎn)

8、生感應(yīng)電壓U2為：U1=Umsin t U2=k U1 sin=ksin t sin，23，利用成為解算器動(dòng)作原理圖的記錄磁的原理，將以一定周期變化的正弦波或脈沖電信號(hào)檢測(cè)時(shí)，用拾取磁頭將磁尺上的磁信號(hào)變換為電信號(hào)，用檢測(cè)電路進(jìn)行處理后，修正測(cè)量磁尺間的磁頭的位移量。 特點(diǎn)：使用環(huán)境條件要求低，對(duì)周圍磁場(chǎng)抗干擾性強(qiáng)，在油污、粉塵多的場(chǎng)所使用具有良好的穩(wěn)定性。 25、26、磁尺測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理：磁尺是在銅、不銹鋼、玻璃等非磁導(dǎo)率材料的基體上，涂敷、化學(xué)沉積或電鍍1020um的磁導(dǎo)率材料(Ni-Co或Fe-Co合金)的磁信號(hào)的間距一般為0.05、0.1 為了防止磁頭引起的磁性膜的磨損，一般

9、在磁性膜上涂層厚度12mm的耐磨損性塑料保護(hù)層。 磁頭是進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的逆變器，將反映空間位置的磁信號(hào)輸送到檢測(cè)電路。一般錄音機(jī)上的磁頭輸出電壓振幅與磁通變化率成比例，是速度響應(yīng)型磁頭。 根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，為了在低速運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)也能進(jìn)行位置檢測(cè)，需要采用磁通響應(yīng)型磁頭。27、3.5光柵位置檢測(cè)裝置光柵有數(shù)十年的歷史，測(cè)量長(zhǎng)度、角度、速度、加速度、振動(dòng)和行走等。 這是一種多用于數(shù)控機(jī)床閉環(huán)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置。 物理光柵的刻度細(xì)，光柵間距為0.0020.005mm，光譜分析、波長(zhǎng)測(cè)量、校正量、光柵間距為0.0040.25mm，常用于數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)，校正量光柵：玻璃透射光柵光源可垂直入射，信號(hào)寬度大，讀取

10、頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單金屬反射光柵鋼尺、鋼帶照片腐蝕、金剛石刀劃線熱膨脹系數(shù)與機(jī)床一致，安裝調(diào)整方便、長(zhǎng)、不易損壞、28、 3.5.1光柵檢驗(yàn)的工作原理構(gòu)成： 1光源2聚光鏡3刻度光柵長(zhǎng)短光柵保持0.050.1mm的間隙. 29，3.5.2莫爾條紋的產(chǎn)生刻度光柵和指示光柵的光柵間距指示光柵在自身平面內(nèi)相對(duì)于刻度光柵僅傾斜微小角度，兩個(gè)光柵的刻度線相交當(dāng)光通過(guò)聚光透鏡垂直照射與比例光柵平行的光線時(shí)，在與兩個(gè)光柵條紋相交的鈍角二等分線的方向上交替出現(xiàn)明暗，間隔相等的粗短條紋稱為橫紋。 形成原因：對(duì)于粗光柵主要是遮光積分效果，對(duì)于細(xì)光柵，光線在線串衍射后是干涉結(jié)果。 30、莫爾條紋的特征1 )放大作用2 )平均

11、效應(yīng)莫爾條紋是由幾條線形成的，例如，每毫米100線的格子，10mm長(zhǎng)的莫爾條紋，等亮帶是由2000條記分線交叉形成的。 由于面向個(gè)別柵極線的間距誤差(或缺陷)被平均化，短周期誤差的影響大幅消除。 因此，波紋的間距誤差取決于晶格得分線的平均誤差。 云紋的特征1 )放大作用2 )平均效果3 )當(dāng)云紋的運(yùn)動(dòng)規(guī)則柵格向左或向左俯仰時(shí)，云紋也相應(yīng)地向上或向下精確地移動(dòng)間距w。 此外，關(guān)于莫爾條紋的移動(dòng)，如果標(biāo)尺格柵不移動(dòng)，則將指示格柵逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)小角度后，如果使標(biāo)尺格柵向石頭移動(dòng)，則莫爾條紋向下移動(dòng)，相反，如果標(biāo)尺格柵向左移動(dòng)，則莫爾條紋向上移動(dòng)。 如果使指示光柵繞時(shí)間校正旋轉(zhuǎn)小角度，則當(dāng)刻度光柵向右移動(dòng)

12、時(shí)，波紋向上移動(dòng)，相反，如果刻度光柵向左移動(dòng)，則波紋向下移動(dòng)。32、3.5.3識(shí)別并安裝彼此錯(cuò)開(kāi)1/4間距的兩個(gè)電光元件，當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，由于波紋通過(guò)兩個(gè)狹縫的時(shí)間不同，所以兩個(gè)電光元件得到的電信號(hào)波形相同，但有90個(gè)不同。 如果其中一方是參考信號(hào)，則可以通過(guò)使另一方的信號(hào)比參考信號(hào)超前或延遲來(lái)判定運(yùn)動(dòng)方向。 33，3.5.4提高光柵分辨率的措施1 )提高光柵的精度和光柵的密度是有限的2 )倍增常用四倍授權(quán)方案光柵的光柵密度為50線mm，采用4個(gè)光電元件和4個(gè)狹縫，14光柵34，四倍頒獎(jiǎng)方案，35，36，3.5.5光柵位置檢測(cè)裝置的特征測(cè)量精度高，可用于大量行程測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量及數(shù)據(jù)

13、處理自動(dòng)化抗干擾性高，振動(dòng)、油污高精度的光柵制造成本高，37，脈沖編碼器根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式，電線盤分為接觸式、光電式和電磁式3種。 其中，光電編碼盤多應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁編碼盤可作為速度檢測(cè)元件使用。 另外，也可以分為絕對(duì)式和增量式。 3.7 .脈沖編碼器、38、增量脈沖編碼器、結(jié)構(gòu)及工作原理、信號(hào)處理裝置、a、b、z、光盤基板、透鏡、光源、受光元件、透光狹縫、光欄板輸出的波形有6個(gè)：取反轉(zhuǎn)信號(hào)。a、b、90、 能夠從、脈沖的頻率得到被測(cè)定軸的旋轉(zhuǎn)速度。能夠從a、b兩相的相位超前、延遲的關(guān)系判斷被測(cè)定軸的旋轉(zhuǎn)方向。 后續(xù)的電路能夠以a、b兩相的90相位差進(jìn)行細(xì)分處理(由4倍頻

14、電路實(shí)現(xiàn))。 是受到、a、b、CP、90O、41、z相作用的被測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)。 的作用后電路，利用a、兩相實(shí)現(xiàn)差動(dòng)輸入，能夠消除遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓材８蓴_。、z、代碼盤旋轉(zhuǎn)一周、42、增量代碼盤的規(guī)格和分辨率、規(guī)格增量代碼盤的規(guī)格是指代碼盤每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)生的脈沖數(shù)，當(dāng)前市場(chǎng)上提供的規(guī)格為36線/10萬(wàn)線/條分辨率(分辨率角)增量編碼盤的規(guī)格為n行/轉(zhuǎn)：43時(shí)，增量編碼盤的分辨率的提高方法提高圓周的等分狹縫的密度，增加光盤的發(fā)送通道，增加光盤上大小不同的同心圓環(huán)狹縫(編碼通道) 因增量編碼器的缺陷修正數(shù)錯(cuò)誤(噪聲及其他干擾引起)、停電、刀具破損而停止時(shí)，事故排除后無(wú)法找到事故前執(zhí)行元件的準(zhǔn)確位置，每44 1周有光電傳感器輸出信號(hào)的路徑數(shù)與代碼盤的匝數(shù)成比例檢測(cè)信號(hào)按照某種規(guī)則編碼、45、絕對(duì)編碼盤的編碼方式和特征二進(jìn)制編碼：特征：編碼順序與位置順序一致，但可能發(fā)生非單值性誤差。 誤差分析：1000、1111、46、格雷碼(循環(huán)碼、格雷碼)的特征：由于在任意兩個(gè)代碼之間僅1比特變化，所以可將誤差抑制在最小單位。 但是，編碼和位置的順序并不直接規(guī)則。47、格雷碼的編碼方法是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換規(guī)