第四章 数控检测技术

1、第四章 数控检测技术提提要要本章主要介绍本章主要介绍数控机床的位置检测装置作数控机床的位置检测装置作用及分类，讲解感应同步器、光栅尺和脉用及分类，讲解感应同步器、光栅尺和脉冲编码器的结构、工作原理及其应用。冲编码器的结构、工作原理及其应用。第四章第四章 数控检测技术数控检测技术目目标标 掌握感应同步器、光栅和脉冲编码器的结构特掌握感应同步器、光栅和脉冲编码器的结构特点、工作原理及应用。点、工作原理及应用。 了解了解数控机床的位置检测装置作用及类型。数控机床的位置检测装置作用及类型。第四章第四章 数控检测技术数控检测技术4.1 概述4.1 概述数控机床对检测装置的要求 1) 工作可靠，抗干扰性强

2、 2）能满足精度和速度的要求 3) 使用维护方便，适合机床的工 作环境 4) 成本低检测精度： 0.001 0.02mm/m分辨率：0.0001 0.01mm/m速度响应： 1 10m/min ， 30 90m/min4.1 概述4.2 感应同步器（Inductosyn） sin cos 节距2（2mm） 间隙0.250.5mm） 绝缘粘胶 铜箔 铝箔 耐切削液涂层 基板(钢、铜)定尺定尺滑尺滑尺4.2.1 直线感应同步器结构W2片宽a2间隔b22121L1W1a1b14.2.1 直线感应同步器结构串联方式 n 10串并联方式 n 104.2.1 直线感应同步器结构4.2.2 直线感应同步器工

3、作原理（当正弦当正弦绕组与定绕组与定尺绕组对尺绕组对齐时，余齐时，余弦绕组与弦绕组与定尺绕组定尺绕组相差相差1/41/4节距。）节距。）4.2.2 直线感应同步器工作原理4.2.3 直线感应同步器的应用mmx02. 04.2.3 直线感应同步器的应用4.2.3 直线感应同步器的应用放大滤波基准信号发生器脉冲调相器鉴相器放大器激磁供电线路伺服电机速度控制单元滑尺定尺机床VsVc-x+x感应同步器鉴相测量系统框图鉴相器的作用就是鉴别出这两个信号的相位差，并以与此相位差信号成正比的电压信号输出基准信号发生器输出一系列一定频率的基准脉冲信号（载波信号），为伺服系统提供一个相位比较基准。脉冲调相器的作用

4、是将来自数控装置的进给脉冲信号转换为相位变化的信号4.2.3 直线感应同步器的应用 分频器1（1/N）（基准分频通道） 分频器2（1/N）（调相分频通道）脉冲加减器基准信号发生器激磁信号指令信号+x-x脉冲调相器原理框图放大滤波基准信号发生器脉冲调相器鉴相器放大器激磁供电线路伺服电机速度控制单元滑尺定尺机床VsVc-x+x4.2.3 直线感应同步器的应用C0C1C2C3F设两个分频器均由四个二进制计数触发器C0-C3组成，每输入16个脉冲产生一个溢出脉冲信号无指令脉冲时序波形图4.2.3 直线感应同步器的应用FC1C2C0C3F1分频器2输出分频器1输出1在指令脉冲作用下，调相分频通道输出脉冲

5、与基准脉冲有一个相位差1，且110，0为基准信号发生器的基准相位；1为指令信号相位；1的大小取决于指令脉冲数，其随时间变化的快慢取决于指令脉冲频率，而其相对于0的超前与滞后，则取决于指令脉冲进给方向。假设时钟脉冲频率为F，当分频器的容量为N，即N个时钟脉冲使分频器的输出变化一个周期，则分频器输出端的脉冲频率f为：f=F/N如果感应同步器的 节距为2mm，脉冲当量选定为=0.001mm，一个脉冲对应的相移角1为18. 0360214.2.3 直线感应同步器的应用数控装置每发一个进给脉冲，经脉冲调相器变为超前基准信号一个0.18相移角的信号，此时因工作台未动，反馈信号相对于基准信号的相位差 （2为

6、定尺绕组上作为反馈信号所取的感应电压V2的相位）。鉴相器将 的相位差检测出来，经放大后控制伺服电动机带动工作台移动。随着工作台的移动，2逐渐增大，相位差逐渐减少，直至002218. 02104.2.3 直线感应同步器的应用2.2.鉴幅工作方式鉴幅工作方式4.2.3 直线感应同步器的应用鉴幅式伺服系统原理框图比较器数模转换放大环节速度单元工作台测量及信号处理电路伺服电机进给指令测量元件sin/cos发生器解 调线路V / F 转换器感应同步器根据工作台的位移量，输出正弦电压信号，该电压信号的幅值代表工作台的位移。此正弦信号经滤波、放大、检波、整流以后，变成方向与工作台移动方向相对应，幅值与工作台

7、位移成正比的直流电压信号，这个过程称解调，由解调线路也称鉴幅器来完成测量元件sin/cos发生器解调线路V / F 转换器解调后的信号经电压频率（V/F）转换器变成计数脉冲，脉冲的个数与电压幅值成正比，并用符号触发器表示方向。一方面，该计数脉冲及符号送比较器与进给脉冲比较；另一方面，经正余弦(sin/cos)信号发生器，产生驱动测量元件的两路信号sin和cos，使角与此相对应发生改变。并根据产生正弦和余弦矩形波，使总是跟随角的变化而变化。若感应同步器滑尺没有新的位移，因激磁信号电气角由 变为 ，它所输出的幅值信号也随之变化，而且逐步趋近于零。若输出的新的幅值信号 不为零，再一次经解调线路，电压

8、频率转换器、sin/cos信号发生器，产生下一个激磁信号，该激磁信号将使测量元件的输出进一步接近于零，这个过程不断重复，直到测量元件的输出为零时为止。)sin(12mKVV14.2.3 直线感应同步器的应用2.2.鉴幅工作方式鉴幅工作方式4.3 光栅传感器4.3.1 光栅的类型和结构光栅的类型：4.3.1 光栅的类型和结构4.3.1 光栅的类型和结构金属反射光栅：在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀刻划制成的光栅线纹；常用的线纹数为4、10、25、40、50条/mm，分辨率低。4.3.1 光栅的类型和结构在玻璃圆盘外环端面上，做成黑白相间、呈辐射状条纹，相互间夹角（栅距角）相等。4.3

9、.1 光栅的类型和结构光栅的结构：4.3.1 光栅的类型和结构4.3.1 光栅的类型和结构4.3.1 光栅的类型和结构4.3.2 计量光栅的测量原理光光源源透透镜镜标标尺尺光光栅栅G Gs s指指示示光光栅栅G Gi i光光电电元元件件驱驱动动电电路路驱驱动动电电路路4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理光栅移动，莫尔条纹亮暗交替变化，光强度分布近似余弦曲线，由光电元件变为同频率电压信号，经光栅位移数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表移动了一个栅距，通过对脉冲计数便可得到工作台的移动距离。

10、4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理4.3.2 计量光栅的测量原理4.4 光电脉冲编码器4.4.1 脉冲编码器的结构与分类1234567光电脉冲编码器的结构光电脉冲编码器的结构1-1-光源光源 2-2-圆光栅圆光栅 3-3-指示光栅指示光栅 4-4-光电池组光电池组 5-5-机械部件机械部件 6-6-护罩护罩 7-7-印刷电路板印刷电路板 4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用1. 位置检测(进给系统)2. C轴控制(主轴控制) 定向停止 螺纹加工

11、3. 测速4. 刀库选刀控制4.4.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用4.4.3 增量式光电脉冲编码器1、增量式光电脉冲编码器的结构光电编码器在旋转工作台上的安装光电编码器在旋转工作台上的安装4.4.3 增量式光电脉冲编码器abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距AABBZZm+/4 光电编码器的输出接口和检测电路与光栅完全一样。4.4.3 增量式光电脉冲编码器ABCP90O如何提高分辨率？Z码盘转一圈4.4.3 增量式光电脉冲编码器 的作用后续电路可利用A、 两相实现差分输入，以消除远距离传输的共模干扰。ZBA、A4.4.3 增量式光电脉冲编码器n3604.4.3 增量式光电脉冲编码器4.4.3 增量式光电脉冲编码器思考:/36034tZZit36001. 04036048 . 12036034ZtZ36001. 066 . 00.621ZZ0.380400.60.612ZZ编码器脉冲数453603 . 015003、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相距( )。 (A) 1个节距 ， (B) 1/2个节距， (C) 1/4个节距 1、数字式位置检测装置的输出信号是( )。 (A) 电脉冲，(B) 电流量， (C) 电压量2、 感应同步器为( )检测装置。 (A) 数字式， (B) 模拟式， (C) 直接式ABC4、光栅利用( )，使得它能得