数控检测技术课件

1、第 5 章 数控检测技术10/12/2022第 5 章 数控检测技术10/10/20225.1 概 述 组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。10/12/20225.1 概 述 10/10/20225.1.1 检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为

2、位移、速度和电流三种类型。 安装的位置及耦合方式直接测量和间接测量； 测量方法 增量型和绝对型; 检测信号的类型 模拟式和数字式； 运动型式 回转型和直线型； 信号转换的原理 光电效应、光栅效应、电磁感应原理、 压电效应、压阻效应和磁阻效应等。 10/12/20225.1.1 检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为位移、表51 数控机床检测装置分类 分 类 增 量 式 绝 对 式 位移传感器 回转型脉冲编码器、自整角机 、旋转变压器、圆感应同步器 、光栅角度传感器 、圆光栅、圆磁栅 多极旋转变压器 、绝对脉冲编码器 绝对值式光栅 、 三速圆感应同步器 、磁阻式多极旋转变压器 直线型直线应同步

3、器 、光栅尺、磁栅尺 、激光干涉仪 霍耳位置传感器 三速感应同步器 、绝对值磁尺、光电编码尺 、磁性编码器 速度传感器 交、直流测速发电机 、 数字脉编码式速度传感器 、霍耳速度传感器 速度角度传感器（Tachsyn）、数字电磁、磁敏式速度传感器 电流传感器 霍耳电流传感器 10/12/2022表51 数控机床检测装置分类 分 类 增 量 式 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如下。 1.精度 符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度 称作精度。高精度和高速实时测量。 2.分辨率 分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。 3.灵敏度 灵敏度高、一致。 4.迟滞 对某一输入量，传感

4、器的正行程的输出量与反行程的 输出量的不一致，称为迟滞。迟滞小。 5.测量范围和量程 6.零漂与温漂 其它： 可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。 5.1.2 数控测量装置的性能指标及要求 10/12/2022 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如5.2 旋转变压器 54318762 图51 旋转变压器结构示意1-转轴 2-轴承 3-机壳 4-转子铁心 5-定子铁心 6-端盖 7-电刷 8-集电环 10/12/20225.2 旋转变压器 54318762 10/10/202旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作解算器或分解器。分类：有电刷、集电环结构和无刷结构 单对极

5、元件、多对极元件（或称多极元件）工作原理：电磁感应 5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 定子转子S1R1S2S3S4R2R3R410/12/2022旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作解算器或分解器 E2= KV 1 cos = KV m sintcos =90 E 2 = 0 =0 E 2 = KV m SINt式中: E 2转子绕组感应电势； V1定子绕组励磁电压 V1=Vmsint； Vm电压信号幅值； 定、转子绕组轴线间夹角； K变压比 （即绕组匝数比） 5.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 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鉴相方式 Vs=VmsintVc=Vmcost E2= KV m cos- KV csin = KV m (sintcos- costsin) = KV m sin(t-) 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVSVsVcE2 图5.3 定子两相绕组励磁 转子输出信号的相位角(t-)与转子的偏转角之间有着严格的对应关系。10/12/2022鉴相方式 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVSVsVc2.鉴幅方式 Vs=Vmsin电sintVc=Vmcos电sint E2 = KV

7、m cos机- KV csin机 = KV m sint(sin电cos机- cos电sin机 = KV m sin(电-机) sint 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVSVsVcE2 图5.3 定子两相绕组励磁 感应电势（E2）是以为角频率、以Vm sin(电 -机 )为幅值的交变电压信号。若电气角电已知，只要测出E2 幅值(利用E2 =0)，便可间接的求出机械角机 ，从而得出被测角位移。 10/12/20222.鉴幅方式 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVSVs 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVS10/12/2022 5.2 2 旋转变压器的应用 VSVS10/10/2025.4

8、 直线光栅 光栅的分类：物理光栅和计量光栅光栅的运动方式：长光栅和圆光栅光线的走向：透射光栅和反射光栅10/12/20225.4 直线光栅 光栅的分类：物理光栅和计量光栅10/101.长光栅检测装置的结构 主要结构为标尺光栅和指示光栅栅距和栅距角（两个光栅错开的角度） 5.4.1 长光栅检测装置的结构 图5.9 光栅的结构 1-防护垫 2-光栅读数头 3-标尺光栅 4-防护罩 VS312431245标尺光栅 图5.10 光栅读数头 1-光源 2-准直镜 3-指示光栅 4-光敏元件 5-驱动线路 10/12/20221.长光栅检测装置的结构 5.4.1 长光栅检测装置的结构2.工作原理（以透射投

9、影为例） 摩尔条文宽度B的理论公式 莫尔条纹：严格来说： 横向莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直 5.4.1 长光栅检测装置的结构 d 放大2倍 VS d WW 10/12/20222.工作原理（以透射投影为例） 摩尔条 莫尔条纹的特征：（1）莫尔条纹的变化规律：两片两光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹间距。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。 （2）放大作用 莫尔条纹宽度 W 和光栅栅距 d、栅线夹角之间关系： 由图可知 W=d sin 又很小可认为 sin 故 W=d/ 例如 d = 0.01, =

10、 0.01rad, 得W =1mm, 放大100（3）均化栅距误差作用 5.4.1 长光栅检测装置的结构 10/12/2022 莫尔条纹的特征： 5.4.1 长光栅检测装置的结构 10 莫尔条纹的细分技术：光学细分、机械细分和电子细分 5.4.2 光栅位移-数字变换电路 abcd插动放大插动放大整形整形方向辨别门电路可逆计数正脉冲反脉冲abcd插动放大插动放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脉冲反向脉冲sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走10/12/2022 莫尔条纹的细分技术：光学细分、机械细分和

11、电子细分 5.10/12/202210/10/20225.5 光电脉冲编码器 5.5.1 脉冲编码器的分类与结构 脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲，可作为位置检测和速度检测装置。脉冲编码器分为：光电式、接触式和电磁感应式。脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲数来区分。2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等；1234567图5. 14 光电脉冲编码器的结构1-光源 2-圆光栅 3-指示光栅 4-光电池组 5-机械部件 6-护罩 7-印刷电路板 10/12/20225.5 光电脉冲编码器 5.5.1 脉冲编码器的分类 5.5.2 光电脉冲编码器的工作原理 t 节距PAB90 90 图5.15光电脉冲编码器的输出波形 10/12/2022 5.5.2 光电脉冲编码器的工作原理 t 节距PAB 5.5.3 光电脉冲编码器的应用 A相信号a+B相信号整形整形dbcef-可逆计数&单稳反向abcdefabcdef应用一：适应带加减计数要求的可逆计数器，形成加计数脉冲和减计数脉冲 10/12/2022 5.5.3 光电脉冲编码器的应用 A相信号a+B相信号 5.5.3 光电脉冲编码器的应用 应用二：适应有