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文档简介
第五章位置检测装置位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中,它的主要作用是检测位移和速度,并发出反馈信号,构成闭环或半闭环控制。数控机床对位置检测装置的要求如下:(1)
工作可靠,抗干扰能力强;(2)
满足精度和速度的要求;(3)易于安装,维护方便,适应机床工作环境;(4)
成本低。位置检测装置按工作条件和测量要求不同,有下面几种分类方法:(一)
直接测量和间接测量
1.
直接测量
直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上,用来直接测量工作台的直线位移,作为全闭环伺服系统的位置反馈信号,而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好,缺点是测量装置要和工作台行程等长,所以在大型数控机床上受到一定限制。2.
间接测量
它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上,通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移,作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差,从而影响了测量精度。(二)数字式测量和模拟式测量
1.
数字式测量
它是将被测的量以数字形式来表示,测量信号一般为脉冲,可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。
2.
模拟量测量
它是将被测的量用连续变量来表示,如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。(三)
增量式测量和绝对式测量
1.增量式测量
在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式,增量式测量只测相对位移量,如测量单位为0.001mm,则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号,其优点是测量装置较简单,任何一个对中点都可以作为测量的起点,而移距是由测量信号计数累加所得,但一旦计数有误,以后测量所得结果完全错误。
2.绝对式测量
绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起,每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂,如编码盘中,对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然,分辨精度要求愈高,量程愈大,则所要求的二进制位数也愈多,结构就愈复杂。第一节旋转变压器
一、结构与工作原理旋转变压器是一种角位移测量装置,由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似,其中定子绕组作为变压器的一次侧,接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧,通过电磁耦合得到感应电压,只是其输出电压大小与转子位置有关。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式,先分析一下单极工作情况。如图5-1所示,单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极,假设加到定子绕组的励磁电压为,则转子通过电磁耦合,产生感应电压。当转子转到使它的磁轴和定子绕组磁轴垂直时转子绕组感应电压;当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时,转子绕组中产生的感应电压为
式中K—变压比(即绕组匝数比);
Vm—励磁信号的幅值;
ω—励磁信号角频率;
—旋转变压器转角。
当转子转过900,两磁轴平行,此时转子绕组中感应电压最大,即
图5-1旋转变压器工作原理实际使用时通常采用多极形式,如正余弦旋转变压器,其定子和转子均由两个匝数相等,轴线相互垂直的绕组构成,如图5-2所示。一个转子绕组接高阻抗作为补偿,另一个转子绕组作为输出,应用叠加原理,其磁通为
转子输出电压则为
Vs
定子Φc
Vc
Φs
θ
ΦcΦccosθ
Φssinθ
转子θθ
Φs
图5-2正余弦旋转变压器工作原理二、应用旋转变压器作为位置检测装置,有两种典型工作方式,鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量;鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。1.鉴相工作方式给定子两绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位差900的交流励磁电压,即
这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压,如图5-2所示,根据线性叠加原理,转子中的感应电压应为这两个电压的代数和:
(5-1)假如,转子逆向转动,可得
(5-2)
由式(5-1)和(5-2)可见,转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严格的对应关系,这样,只要检测出转子输出电压的相位角,就可知道转子的转角。由于旋转变压器的转子和被测轴连接在一起,所以,被测轴的角位移就知道了。2.鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压,即
式中—激磁绕组中的电气角。则转子上的叠加电压为同理,如果转子逆向转动,可得(5-4)由式(5-3)和(5-4)可见,转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化,测量出幅值即可求得转角。如果将旋转变压器装在数控机床的滚珠丝杠上,当角从00到3600时,丝杠上的螺母带动工作台移动了一个导程,间接测量了执行部件的直线位移。测量所走过的行程时,可加一个计数器,累计所转的转数,折算成位移总长度。第二节
感应同步器
一、结构与工作原理感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置,属模拟式测量,二者工作原理相同,其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种:直线式感应同步器由定尺和滑尺组成,用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子和定子组成,用于角位移测量。以直线式感应同步器为例,介绍其结构和工作原理。直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器,其结构如图5-3所示,定尺和滑尺的基板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成,钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔,并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺,安装在机床床身上,短尺为滑尺,安装于移动部件上,两者平行放置,保持0.25~0.05mm间隙。感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距,滑尺和定尺的节距均为,这是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm,滑尺长100mm,节距为2mm。定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组,滑尺有两组绕组,一组为正弦绕组,另一为余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组对齐时,余弦绕组与定尺绕组相差1/4节距。
V2
定尺
滑尺正弦绕组VsVc余弦绕组
图5-3直线感应同步器结构
当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时,由于电磁感应作用,在定尺绕组中必然产生感应电压,该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时,定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如图5-4所示。如果滑尺处于A位置,即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合,定尺绕组线圈中穿入的磁通最多,则定尺上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平行移动,穿入定尺的磁通逐渐减少,感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置,与定尺绕组刚好错开1/4节距时,感应电压为零。再移动至1/2节距处,即图中C点位置时,定尺线圈中穿出的磁通最多,感应电压最大,但极性相反。再移至3/4节距,即图中D点位置时,感应电压又变为零,当移动一个节距位置如图中E点,又恢复到初始状态,与A点相同。显然,在定尺移动一个节距的过程中,感应电压近似于余弦函数变化了一个周期,如图5-4中ABCDE。
图5-4感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系
若设定尺绕组节距为,它对应的感应电压以余弦函数变化了,当滑尺移动距离为时,则对应感应电压以余弦函数变化相位角。由比例关系
可得(5-5)
设表示滑尺上一相绕组的激磁电压
则定尺绕组感应电压为
式中K—耦合系数;
—激磁电压的幅值;
ω—激磁电压的角频率;
—与位移对应的角度。感应拆电压素的幅参值变殃化规热律就海是一偷个周房诚期性对的余撕弦曲杂线。饺在一怜个周厚期内义,感拜应电率压的建某一击幅值警对应丸两个贩位移免点,房诚如图渐5-箭4中连M、纳N两刮点。仓为确捆定唯据一位渣移,肚在滑兴尺上泥与正熊弦绕贯组错宿开1馒/4猾节距栽处,垒配置扩了余丙弦绕西组。顺同样葱,若偷在滑狼尺的孤余弦祖绕组答中通饲以交斤流励踢磁电社压,么也能售得出秩定尺宝绕组泼感应月电压去与两侦尺相哪对位捧移的吐关系系曲线唤,它扁们之妨间为袍正弦百函数兆关系拴(图链5-吸4中垄OP秘)。殃若滑柿尺上栗的正鹿、余躬弦绕犬组同睛时励赴磁,芹就可杜以分圣辨出馒感应铜电压至值所度对应学的唯姿一确牲定的惭位移索。二、姨应用感应顽同步祸器作芒为位繁置测昂量装狮置安剑装在缸数控僻机床券上,忌它也库有两枣种工偿作方陈式,糠鉴相者式和壶鉴幅竿式。1.鉴相疤型系忽统供给阵滑尺遍的正旺、余仇弦绕窜组的隆激磁畜信号邀是频拼率、羊幅值召相同元,相激位相镜差9塌00的交挽流励身磁电灭压根据墙叠加址原理保,定波尺上眠的总酿感应逼电压冷为(5副-6拼)通过扶鉴别鸟定尺箭感应竞输出龄电压割的相之位,必即可帝测量展定尺东和滑学尺之皮间的滥相对映位移疫。例螺如定蚀尺感帖应输耽出电我压与怪滑尺非励磁窜电压枝之间赚的相考位差泳为3俊.60,当治节距芝的情抄况下枕,表房诚明滑配尺移效动了赞0.暖02勤mm弊。滑尺谨定棒尺垫机愿床VsVc+x-x图5方-5脑感饶应同单步器笑鉴相遍测量始系统荷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基准奋信号妇发生喊器输猛出一呆系列既一定拔频率皱的基喊准脉天冲信辰号(造载波忽信号榜),汇为伺京服系牵统提泳供一数个相共位比拉较基蓬准。激磁树信号+x指令智信号-x-x图5迷-6所脉爷冲调饥相器恨组成牛原理矩框图
分配器1(1/N)(基准分频通道)分配器2(1/N)(调相分频通道)脉冲加减器基准信号发生器脉冲电调相轰器的烦作用聋是将宰来自去数控滑装置退的进买给脉抹冲信划号转揪换为傲相位吐变化罩的信怀号。贿图5亚-6归为其贤原理境组成虹框图盾,在束脉冲仅调相栏器中暑,由报基准舟信号让发生厕器产熟生的穿基准医脉冲注信号融分成羊两路扔,一狐路直船接输功入分阅频器罢1,耳它为万1/N分频箭的二此进制怀计数己器,膝称为朴基准僻分频辅通道忠。为倾适应猫感应耍同步灯器滑铺尺的轻两励皇磁绕纸组供沉电的浸要求苹,该住通道苹输出杏两路貌幅值惹相等杰、频臣率相既同、溜相位普相差山900的脉延冲信态号,涝经激方磁供裂电线鬼路变鼓成正加、余寇弦信叛号给童滑尺横正弦接、余日弦绕贸组励浅磁。猴另一秀路先著经过扩脉冲仓加减泉器,环再进佛入分泥频器广2,吉该分啄频器姐也为晶1/N分频束二进纯制计怜数器间,称倒为调裳相分航频通愉道。绢调相骆分频危通道穿的任肆务是烈将指渴令脉木冲信陵号调升制成此与基乒准脉胃冲有棒一定歇关系打的输五出脉易冲信挠号,遭其相衰位差铅大小羡和极删性与典指令缓脉冲晒有关浩。上串述两韵个分冻频器认均为切1/N分频病,即尸当输都入N个计漂数脉呆冲后舍产生疾一个愈溢出厉脉冲妇。为说提明指吼令移蓝相情椒况,散设两浆个分泉频器国均由目四个堪二进恶制计川数触顽发器筛C0~C3组成本,每贪输入械16架个脉镜冲产务生一趁个溢传出脉干冲信锣号。舰对应鱼无指杀令脉课冲和攻有指页令脉傅冲两服种情雷况,犬可用肤图5柔-7制和图丈5-催8两声个波包形图劳来描亡述C0C1C2C3F图5拢-7鱼无指余令脉爽冲时杨序波勿形图Δθ1图5熄-8端有指束令脉州冲时哨序波亡形图FC1C2C0C3F1分频器2输出分频器1输出图5搏-7有所示店,当腿指令愚脉冲石为零侮时,巨调相丢分频剧通道蜜输出为信号到和基黎准脉披冲信功号相卸位相遗同,掏两者劝相位踪蝶差为忆零。图5惨-8缺所示跌,有荐一正开向指嗓令脉细冲通啊过脉屯冲加柱减器暑,使邮得输成入到投调相里分频跳通道阀的脉芬冲个收数增右加一渠个,炮结果峰该分诞频器吨产生该溢出杨脉冲备的时锦刻提娇前产释生。彩因此叫,在怀指令只脉冲贷作用灿下,昆调相焦分频泽通道译输出枪脉冲泉与基痰准脉割冲有许一个傲相位给差Δθ1,且启Δθ1=θ1-θ0,θ0为基佳准信团号发灰生器木的基刘准相氧位;θ1为指畅令信穴号相嗓位;θ1的大担小取关决于朝指令委脉冲脆数,投其随魂时间高变化罪的快圾慢取描决于毙指令夺脉冲聋频率炭,而而其相考对于θ0的超予前与阔滞后束,则询取决唯于指飘令脉捐冲进杠给方外向。当用竹同一摧脉冲挑源的品输出贱时钟欣脉冲家去触元发容健量相牵同的萌两个亏分频烦器1钓和2店时(预见图秤5-枝7)芽,结的果在工两个谢分频鱼器最裂后一厅级的农输出很是频声率大妖大降崇低的象两个门同频备率信华号。蔽假设码时钟乘脉冲笔频率叮为F,当牲分频贼器的储容量踩为N,即N个时尸钟脉尘冲使猾分频庭器的浪输出说变化耀一个裤周期村,则必分频滑器输殃出端曾的脉膀冲频什率f为:f=F/N(N为最心大计红数容饺量,n为触练发器期个数剥)。宽如果夫在时隐钟脉阀冲触泳发两隙个分铸频器脾的过羽程中导,通昂过脉汤冲加督减器第加入朋一个界指令庆脉冲俘,分箱频器隔2的屑最后取一级砍输出究提前启翻转鸡,从疏而相河对于妄分频导器1晨产生衔了一彼个正培的相壤移Δ屿θ1(见铜图5秃-8茶)。掘脉冲读调相唇器每阔接受茶一个土脉冲痛便产职生一添个指晒令相俯位增扎量Δ先θ1,变Δθ1应符文合下母式或如果买感应互同步外器的杂节距哪为2映mm声,脉笛冲当撒量选歌定为δ=0广.0派01忍mm饭,一摔个脉催冲对污应的赌相移都角Δθ1为数控邻装置悬每发董一个家进给骗脉冲桑,经授脉冲宾调相蹈器变董为超致前基砌准信隶号一深个0幸.1饼80相移牌角的颜信号嘴,即陕Δθ1=θ1-θ0=0漂.1寺80。此未时因遭工作跑台未亲动,衬反馈志信号洽相对符于基晕准信槐号的缺相位姻差Δθ2=θ2-θ0=0罗(θ2为定雁尺绕她组上穿作为齿反馈板信号谣所取雨的感绪应电凯压U2的相裕位)孤。鉴畅相器碍将δ=Δθ1-Δθ2=0价.1曾80的相烛位差刊检测滥出来幻玉,经师放大眉后控符制伺特服电览动机讨带动泛工作辩台移催动。荡随着市工作井台的馋移动虚,θ2逐渐懂增大啄,相英位差艘δ逐陡渐减该少,昂直至δ=0赞。鉴相种式伺各服系手统利恳用相逃位比士较原国理进伞行工片作。悼当数诸控装差置要赞求工思作台厘沿一稀个方倘向位语移时临,产繁生一答列进婶给脉蹈冲,哭经脉校冲调砖相器棋的调毫相分蜘频通惨道转坐化为潜相位绩变化排信号梅Δθ1′,它西作为得指令殊信号积送入部鉴相蠢器;者测量苗装置列及信狼号处锋理电离路的例作用搏是将蛛工作皱台的斜位移绿量检欲测出冠来,破并表集达成任与基右准信哀号之夏间的像相位散差Δθ2′,也哥被送迹入鉴碍相器脆。这柜两路凡信号民都用绞它们慈与基返准信朱号之以间的巷相位匙差表佳示,腊且同亦频率摧、同何周期肿。因速此,蜡它们记两者牲之间酒的相晨位差片为δ′=杏Δθ1′-Δθ2′。鉴萄相器寨的作系用就役是鉴岁别出栽这两按个信皇号的区相位巧差,夕并以胜与此坛相位叹差信央号成馋正比耐的电歌压信著号输腰出。均如果议相位匹差不道为零捉,说阁明工赔作台竭实际胸移动岩的距惭离不机等于盾指令阅信号胡要求窃工作芬台移压动的撇距离去,鉴道相器燥检测队出的击相位尼差,隙经放辜大后鞋,送静入速马度控联制单励元,咳驱动单电机欧带动桥工作摧台向拴减少萄误差途的方绵向移狡动。督若相袖位差现为零键,则与表示珠感应逢同步觉器的鸭实际茅位置山与给健定指队令位芳置相勿同,德鉴相假器输船出电粒压为鼓零,支工作牺台停桥止移饶动。2.鉴幅都式系激统供给什滑尺木上正口、余确弦绕秆组的艰励磁活电压量的频碰率相芒同、束相位隙相同扫但幅污值不健同。式中夏—给倒定的茶电气怪角。则在年定尺镇绕组馒产生目的总滨感应盒电压销为(5涂-7述)式中盒—希与位砍移对包应的杂角度夺。鉴幅管式伺录服系索统是搏以位延置检馋测信桥号的储幅值笋大小貌来反左映机判械位峰移的童数值陵,并扫以此稀作为细位置帖反馈遵信号堪与指胀令信泛号进勇行比富较构饭成闭扎环伺衰服系粉统。厉由式专5-使7可兄知,治若电呆气角α已知凤,只产要测的出V2的幅牙值,何便能尿求出蜡与位幕移对吓应的途角度θ。实最际测植量时野,不乱断调悲整α,让埋幅值挨为零厨。设索初始尤位置仆时,α=θ,V2=0伍,当芬滑尺咬相对伞定尺寒移动胡后,口随着θ不断抽增加同,α≠θ,V2≠0桂。若户逐渐今改变α值,棕直至α=θ,V2=0蓬,此烤时α的变叹化量层就代饲表了θ对应站的位奔移量失,就椅可测于得机券械位恶移。进给尼指令图5谱-9郑鉴耗幅式誉伺服刑系统镜原理嗓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按图办5-淡9原仇理框焰图叙纹述鉴薄幅式吵系统触的工狂作原哨理:压进入害比较受器的闲信号贝有两筝路,鸟一路微来自坦进给债脉冲拢,它绩代表吉了数奇控装饮置要躬求机可床工泼作台程移动园的位晨移量滚。另残一路泛来自须测量伍及信业号处早理电栽路,扭以数约字脉房诚冲形诞式出冤现,始体现繁了工嚷作台廊实际爪移动涉的距晌离。愤鉴幅曾式系蓄统工晶作之灵前,爱数控救装置柔和测掘量元溪件的渡信号电处理犬电路塑都没芦有脉迅冲输句出,惹比较跪器的着输出题为零拆,工乐作台怖不移源动。码出现草进给暮脉冲泛信号舱后,析比较物器的件输出部不为感零,可经数唉模转矩换电形路将剃比较彼器输校出的置数字顶量转物化为析电压备信号插,经妇放大赏后,溪由伺踏服电全机带截动工瓶作台亮移动章。同革时,粮工作暴在鉴亦幅状葵态的狂感应末同步蚕器的临定尺弊感应念出电互压信优号,辱经信贼号处盐理线斩路转岸换成季相应赵的数搅字脉父冲信珠号,蔬该数继字脉笛冲信香号作衔为反往馈信羽号进男入比嚼较器非与进茅给脉传冲进烈行比别较。贤若两桌者相青等,傲比较谋器输煤出为怕零,千工作着台不仇动;约若两诉者不朋相等焦,说孩明工言作台卡实际箭移动炉的距范离还与不等促于指正令信董号要事求移守动的妥距离娘,伺胀服电捷机继脾续带贯动工广作台拐移动颤,直绸到比户较器舰输出乡丰为零吊时停网止。测量元件sin/cos发生器解调线路V/F转换器图5箩-1详0舰测量至元件蛙及信系号处库理电尸路测量光及信爷号处纵理线扒路如杏何将份工作肃台的努机械婶位移盟检测奶出来朱并转扑换为免数字漠脉冲萍信号贸,可坊参见辰图5屋-1协0。瓶感应竟同步斥器根帽据工垂作台灾的位艳移量剥,输熔出正搜弦电宇压信县号,百该电悟压信写号的遵幅值撞代表问工作昂台的躁位移逆。此木正弦肥信号垫经滤盆波、申放大主、检岂波、抢整流物以后瘦,变瓣成方曾向与跪工作修台移终动方均向相位对应概,幅碗值与摇工作衰台位循移成汁正比蜡的直静流电豪压信积号,赏这个鸽过程耕称解长调,蛾由解院调线哨路也倍称鉴叔幅器益来完译成。泛解调讽后的怪信号胡经电起压频游率(V/F)转御换器挑变成慨计数搭脉冲肯,脉皂冲的宗个数装与电都压幅廊值成柄正比层,并割用符环号触怎发器残表示菠方向夺。一象方面插,该碗计数距脉冲假及符提号送军比较屿器与先进给素脉冲糟比较薯;另讯一方窄面,超经正陆余弦统(s欺in瓶/c垒os妖)信它号发闲生器卧,产震生驱允动测辅量元授件的竟两路郑信号胖si土n和肾co羽s,鄙使满角与蛙此相边对应停发生丙改变热。并观根据出产嫂生正溉弦和哭余弦途矩形辉波,洁使恒总悼是跟甜随角奥的达变化阔而变徒化。若感肯应同灰步器旗滑尺示没有瓶新的倡位移昆,因吨激磁踩信号尊电气裙角由悠变恭为兵,炸它所今输出晋的幅米值信牵号也欢随之铺变化坏,而朗且逐娱步趋助近于怜零。攀若输学出的依新的中幅值饶信号不为时零,评再一神次经冬解调御线路旦,电泉压频播率转风换器理、s笑in际/c揭os困信号激发生筝器,捕产生萌下一租个激涨磁信钳号,疯该激悟磁信启号将血使测圣量元运件的谢输出轨进一茄步接纤近于睬零,崖这个驾过程神不断励重复腾,直讽到测洲量元予件的额输出武为零插时为除止。第三斗节脉冲丑编码状器脉冲灶编码扛器是幸一种岸旋转侄式脉殖冲发菠生器屯,能己把机蚁械转何角变垒成电榜脉冲奖,是亚数控验机床效上使缠用很框广泛隙的位右置检剥测装隙置。划脉冲搏编码全器可丑分为往增量箭式与食绝对承式两迎类。一、榴绝对悬式编卡码器绝对哄式编思码器窑是一艘种旋细转式挣检测跨装置甚,可拔直接蛋把被磨测转抛角用圣数字研代码矩表示铸出来厘,且俭每一意个角尚度位哗置均织有其肠对应啊的测钢量代恨码,扬它能欧表示造绝对庙位置犯,没魔有累黑积误吃差,兴电源渔切除雨后,哨位置光信息犹不丢化失,估仍能蛋读出亦转动岁角度特。绝怜对式蜻编码坟器有匪光电唉式、歇接触户式和旨电磁菌式三化种,违以接刚触式蚁四位腰绝对顶编码浇器为滋例来弊说明宾其工糖作原怜理。如图般5-眼11北a所压示为定二进裹制码阁盘。肝它在粪一个川不导怪电基屠体上引作成朗许多洪金属恼区使泥其导磁电,叨其中载有剖逮面线鼓部分叫为导商电区前,用乞“1类”表斩示;棵其它散部分址为绝俱缘区裕,用袭“0齐”表厌示。鬼每一乔径向彻,由深若干区同心金圆组讯成的毛图案沉代表宿了某移一绝势对计员数值锦,通另常,哨我们闹把组低成编轰码的喜各圈俯称为枕码道唉,码沿盘最泪里圈冲是公罚用的为,它暑和各掌码道摘所有昂导电钞部分闸连在毛一起秃,经润电刷述和电宪阻接的电源淘负极公。在荐接触援式码灾盘的红每个务码道滔上都菜装有造电刷坟,电框刷经具电阻油接到独电源自正极陡(图搞5-枣11魂b)韵。当忆检测助对象科带动愧码盘固一起渡转动隙时,谦电刷善和码撒盘的幻玉相对悠位置慰发生艺变化损,与傻电刷粪串联对的电纤阻将业会出档现有岩电流州通过捡或没直有电下流通目过两像种情暖况。睁若回践路中躁的电勒阻上咽有电菜流通黑过,题为“豪1”遮;反知之,吼电刷认接触献的是朗绝缘休区,楚电阻乳上无乳电流精通过饭,为偿“0粒”。夹如果揉码盘纽奉顺时菊针转引动,歌就可胜依次昆得到弹按规墨定编薯码的共数字因信号正输出匹,图怎示为茄4位趋二进膏制码塑盘,闭根据滋电刷猾位置首得到俗由“姿1”话和“临0”候组成梅的二橡进制晓码,鞠输出丑为0蓝00聚0、合00蠢01深、0牛01限0…莲…1铅11究1。由图地5-例11喝可以常看出包,码部道的朋圈数计就是佣二进泊制的豪位数兔,且复高位立在内斩,低被位在遥外。讲其分庸辨角θ=3伴60o/24=2因2.裙5o,若殿是n位二暴进制皆码盘案,就冷有n圈码研道,鸦分辨扁角θ=3相60o/2n,码什盘位佛数越唇大,狠所能搞分辨名的角系度越膏小,读测量乳精度战越高视。若义要提迈高分例辨力帮,就端必须阿增多获码道翠,即资二进梳制位冲数增股多。疼目前舞接触鞠式码摔盘一灭般可贺以做象到9删位二季进制圣,光唱电式五码盘善可以膊做到忌18圈位二招进制长。用二供进制养代码艘做的衣码盘踢,如池果电病刷安况装不才准,遍会使葱得个甘别电门刷错汁位,失而出沟现很鸟大的圈数值寄误差烟。如结图5福-1畏2,损当电栏刷由捎位置巨01遣11桐向1罚00书0过泳渡时雕,可播能会胳出现奋从8消(1刷00陷0)帆到1聚5(见11天11雾)之巾间的茎读数美误差施,一杆般称刘这种表误差浴为非灯单值篮性误侮差。牵为消勿除这备种误您差,肢可采乒用葛婚莱码营盘。图5剃-1雅3拳葛莱隐码盘图5遍-1断2片四位杂二进读制码酬盘非糊单值窄性误掌差图5遗-1挎3为脱葛莱渠码盘符,其老各码萌道的楼数码锻不同绢时改犯变,球任何念两个蜡相邻穿数码郊间只奸有一迁位是甩变化爹的,枪每次页只切覆换一猾位数盛,把习误差垫控制丽在最践小范正围内盛。二朽进制袍码转赠换成朴葛莱标码的懒法则口是:显将二就进制庸码右震移一润位并循舍去村末位砌的数画码,展再与饲二进览制数蚊码作召不进赴位加信法,傻结果袍即为挪葛莱溜码。例如林,二杠进制辟码1孕10乘1对复应的排葛莱幸码为茄10逼11婆,其煎演算恒过程饭如下斗:11么01逃(槽二进默制码叉)11感01谱(不码进位灿相加零,舍味去末关位)10黄11户(报葛莱驰码)二、绿增量熄式脉袍冲编舱码器增量逃式脉煤冲编语码器梳分光冰电式张、接肾触式础和电道磁感辜应式逗三种般。就锯精度哥和可菠靠性妄来讲陈,光底电式会脉冲悬编码捕器优睁于其女它两警种,毒它的盼型号糊是用蓄脉冲喜数/势转(哀p/梳r)枕来区打分,志数控饮机床惨常用盟20速00准、2责50日0、迹30输00效p/王r等返,现序在已壶有每救转发夺10耀万个唉脉冲姻的脉据冲编蛛码器错。脉费冲编伶码器晨除用茅于角选度检奥测外脉,还返可以腹用于沟速度焦检测图。光电插式脉肺冲编涨码器笋通常鸦与电掘机做墓在一撑起,劳或者丈安装薪在电存机非仇轴伸腾端,近电动强机可毙直接粪与滚玻珠丝迅杠相唇连,任或通望过减鄙速比由为i的减登速齿垫轮,后然后欧与滚棕珠丝温杠相替连,焦那么缎每个悉脉冲状对应旅机床赞工作撒台移急动的鲜距离睁可用戴下式布计算:式中—脉禁冲当夕量(诞mm曾/脉看冲)花;S—滚蹄珠丝霜杠的仁导程至(m演m)徐;i—减巾速齿费轮的猜减速墙比;M—脉效冲编壳码器冻每转应的脉批冲数株(p显/r夜)。图5公-1认4绳光电破式脉拍冲编肃码器炮结构侍示意章图光电择式脉活冲编荡码器舌,它辫由光白源、转聚光瓦镜、惧光电邪盘、露圆盘巡寿、光位电元命件和成信号慈处理桑电路鹅等组灭成(蓝图5宫-1铲4)岔。光颂电盘傲是用话玻璃士材料胀研磨苏抛光孝制成女,玻堂璃表邻面在侧真空观中镀游上一弟层不热透光锡的铬摸,然麻后用间照相抽腐蚀璃法在柿上面例制成屑向心全透光施窄缝酷。透份光窄腐缝在策圆周设上等逃分,秘其数役量从脾几百构条到盐几千仙条不黎等。喘圆盘测也用考玻璃诊材料精研磨傻抛光衣制成尾,其秧透光立窄缝魄为两抖条,共每一伸条后享面安典装有爷一只挣光电渔元件温。光榆电盘纷与工尺作轴只连在傻一起占,碎光电哥盘转埋动时咸,每坚转过纸一个绵缝隙煮就发品生一棕次光殖线的仿明暗春变化森,光蹈电元志件把努通过允光电万盘和殊圆盘功射来男的忽坑明忽辟暗的流光信腥号转腔换为乱近似犯正弦香波的胃电信毛号,沿经过蓄整形开、放破大、脸和微丢分处蓄理后倾,输柏出脉尚冲信董号。铁通过捞记录山脉冲久的数箱目,隔就可剖以测丈出转耀角。归测出社脉冲个的变倍化率牧,即诸单位赔时间轮脉冲骨的数脉目,通就可螺以求纵出速惨度。为了态判断剧旋转隐方向决,圆称盘的阶两个旅窄缝什距离瞒彼此炸错开魔1/禁4节江距,汁使两斥个光顽电元朱件输冬出信早号相贤位差俱900。如祝图5旺-1吧5所祥示,丽A、朴B信斜号为跪具有椅900相位饿差的金正弦渡波,柏经放互大和伸整形彻变为楚方波妹A1、B1。设A伯相比寨B相帽超前杀时为戏正方冬向旋技转,暗则B什相超布前A高相就士是负铺方向刃旋转和,利跨用A休相与恶B相短的相板位关回系可章以判努别旋镜转方挪向。此外阀,在高光电装盘的偿里圈狼不透果光圆卫环上论还刻总有一葛条透撕光条铜纹,撕用以手产生宝每转菠一个订的零海位脉从冲信混号,旅它是测轴旋赠转一五周在史固定圆位置杏上产离生一葛个脉根冲。电流A韵B节距ωtA1B1900图5蚕-1蜻5亭脉冲晨编码铜器输付出波耀形在数犯控机锁床上抖,光睬电脉典冲编究码器刃作为穴位置样检测驱装置能,用禽在数炸字比类较伺肯服系鸡统中滩,将工位置府检测寺信号览反馈捡给C屯NC岗装置敌。图5强-1振6所很示为秧辨向性环节兴框图辫和波极形图孙。脉让冲编荣码器答输出职的交岭变信卧号棕经过更差分的驱动酿和差淡分接兽收进咬入C堂NC谦装置馒,再颤经过榆整形恨放大鹿电路扰变成塑二个托方波施系列醋。辈将钢和它痛的反健向信棕号蜻微奖分(准上升曾沿微截分)攻后得淋到矩和腾脉锅冲系本列,舅作为团加、摇减计扭数脉疫冲。贩路方酬波信悄号被域用作话加、势减计荐数脉俩冲的戴控制运信号直,正启走时庸(A盐超前摄B)踏,由秤Y2门输答出加柄计数荡脉冲交,此船时Y1门输佣出为案低电接平(冶图5线-1培6)瓶;反把走时堪(B吃超前筝A)浴,由称Y1门输提出减朵计数渗脉冲手,此继时Y2门输盘出为驰低电蛇平。翁这种厌读数棵方式洒每次冒反映紧的都沸是相倒对于气上一缘瑞次读董数的饶增量朴,而衔不能弓反映孩转轴打在空启间的健绝对是位置葛,所俊以是沫增量狠读数坊法。光电拿脉冲胳编码佛器用肯于数聪字脉袜冲比哭较伺讯服系烫统(折图5妇-1溜7)龄的工唤作原县理如穴下:慢光电住脉冲萄编码等器与离伺服侮电机努的转咳轴连拨接,阔随着洒电机蹲的转衣动产倍生脉恒冲序风列,政其脉睁冲的垦频率脏将随水着转坑速的个快慢可而升滨降。塔若工滑作台签静止福,指如令脉禁冲和拨反馈锦脉冲臭都为直零,欠两路贤脉冲牵送入乱数字权脉冲垃比较朝器中元进行扣比较夸,结铁果输魄出也午为零绣。因回伺服砖电机会的速订度给租定为节零,您工作财台依健然不碧动。睬随着宰指令详脉冲恐的输机出,摩指令约脉冲奶不为怠零,怀在工缸作台梯尚未默移动草之前建,反忍馈脉利冲仍阴为零像,比端较器社输出溉指令践信号远与反谜馈信竟号的检差值角,经免放大院后,敌驱动喷电机猫带动娇工作命台移残动。慎电机级运转痰后,丢光电膊脉冲贷编码使器将婆输出安反馈荣脉冲骨送入笼比较浆器,努与指策令脉阁冲进凯行比掠较,笔如果内偏差槐不为拒零,惩工作忽台继免续移馒动,割不断丈反馈桑,直萄到偏膛差为录零,节即反瞒馈脉炒冲数乌等于阿指令鹿脉冲上数时景,工殃作台凤停在习指令阿规定别的位辨置上脊。减计劝数加计滚数图5俊-1禾6懂辨向焦环节横框图恭和波能形图差分整形放大Y1微分差分整形放大Y21微分图5近-1题6朋辨向妹环节鄙框图哲和波歪形图图5设-1聪7下数字低比较孝伺服迎系统编码膝器在截数控隔机床抖中的冻应用1、弊位移岩测量思考牙:如浊果某芬带光牛电编传码器片的伺寨服电桶机与作滚珠细丝杆光直连愿,光渡电编森码器耗10振24左脉冲像/转西,丝希杆螺御距8淋mm牵,若艰在某楼段时我间内眨,数侨控系装统共伴计连蝇续接尼收到袖10余24骂0个域脉冲彻,那脉么,味丝杆删移动舍的距兼离是窄多少膀?编码毕器在虎位移闻测量蕉过程下中,驰可以测用于骑工作春台或泄者刀双架的洪直线壳位移毒测量战;也陆可以降测量咱回转记工作含台的溉角位芹移。2、兴主轴手控制主轴鞋旋转革与坐己标轴朝进给乐同步误控制如:变切削庸螺纹恒线茄速度训切削走控制如:晌车床肝和磨是床进网行端秒面或舞锥形勇面切铜削是盆地,凯为了兵保证袄加工榜面粗酷糙度逆Ra将保持警一定史的值另,要柿求刀减具与嘴工件膨接触浩点的庭线速补度为搞恒值饰。随尊着刀磁具的问径向糕进给蔽及切崖削直眠径的鱼逐渐同减小产或增树大,俗应不揉断提店高或啦降低稍主轴悬转速国,保备持v饼=2哑πD周n为顾常值先。式煮中v爱是切冈削线拿速度牢;D堡为工皱件的阴切削节直径似,随错刀具样进给问不断冻变化胸;n形为主拖轴转邪速;季D由等坐标息轴的核位移掉检测枕装置妥,如全光电趟编码伪器检滨测获矿得。歌上述括数据坡经软匹件处违理后没即得预主轴颠转速鸟n,抬转换误成速住度控练制信造号后饶至主考轴驱胳动装练置。主轴拢定向肺准停写控制如:蚀机械冷手换佩刀(振加工捷中心拖),订主轴首必须城停在林固定堵的径咱向位吃置。3、裙测速利用庄光电趋脉冲呜的输任出频组率与棕转速评成正岩比的纲原理勇。4、剩零标宋志脉河冲用胖于回贞参考测点控辈制采用愿增量盒式位杯置检句测装资置时款,数咬控机杜床通民电后艳要做棍回参保考点坐操作探。因锋为,的机床挠断电毅后,咽会失平去对腾坐标朵轴位位置的贝记忆垃,所锄以,毫必需被使坐芽标轴州回到擦某固踢定点多(此东点称贱坐标森系的链原点型或零则点,剂也称请机床抬参考挨点)嚷。使弹机床作回到方这一未点,羽称回紧参考乌点或散回零划操作耗。回参欣考点辈是否例正确勺,与铲检测挠装置皆中的晨零点示脉冲述有相俗当大您的关络系。第四墓节光栅一、始结构光栅岭种类揭较多短。根斧据光忆线在垫光栅封中是合透射舌还是磁反射陶分为艘透射餐光栅剑和反愈射光朋栅,苗透射她光栅称分辨烂率较坑反射页光栅险高,男其检谊测精唯度可尖达1呆μm吓以上茂。从卧形状傲上看京,又懂可分送为圆剩光栅超和直嚷线光弄栅。言圆光舱栅用过于测管量转蜂角位窑移,赛直线俘光栅嫁用于稳检测困直线今位移校。两筒者工林作原兵理基克本相均似,统本节唯着重奇介绍阿一种尽应用专比较禽广泛晋的透摇射式捎直线大光栅辨。直线妙光栅够通常粱包括院一长辩和一泰短两是块配仅套使蓝用,纪其中呀长的岸称为扮标尺袖光栅栏或长奶光栅暴,一决般固弊定在创机床昨移动徐部件视上,琴要求注与行塘程等毅长。朗短的茂为指置示光添栅或波短光项栅,冻装在粒机床炕固定砖部件磁上。万两光浓栅尺滩是刻险有均侮匀密独集线以纹的讯透明凤玻璃福片,匙线纹怕密度娘为2物5、些50路、1家00捧、2纹50划条/吓mm扩等。虑线纹锁之间铜距离凝相等研,该湿间距裳称为慢栅距蜘,测户量时烛它们贝相互壮平行肺放置希,并颗保持芒0.辟05睁~0局.1铺mm书的间靠隙。二、描工作泽原理当指友示光快栅上璃的线篇纹与颂标尺笨光栅羊上的弟线纹捆成一胜小角壳度放绒置时尘,两辣光栅纤尺上蜜线纹撤互相犁交叉闸。在洽光源幻玉的照堤射下性,交松叉点颈附近泊的小于区域户内黑肌线重虽叠,阀形成透黑色叨条纹酒,其锹它部城分为崖明亮秒条纹辟,这箩种明犬暗相借间的讯条纹慎称为芹莫尔喊条纹夺。莫鬼尔条圾纹与棚光栅瓜线纹约几乎离成垂择直方道向排作列。跳严格哲地说欢,是坊与两笨片光朽栅线孕纹夹令角的擦平分钳线相哑垂直看。莫久尔条绵纹具村有如相下特锅点:1.放大览作用用W(m矛m)乳表示役莫尔滤条纹伞的宽或度,P(m衫m)棍表示四栅距睬,(虏ra勉d)华为光尊栅线率纹之输间的年夹角午,如尚图5-础18所示蹈则有(5波-8犁)莫尔散条纹秒宽度W与角随成反帖比,漏越小迅,放混大倍枣数越剥大。2.均化嘉误差章作用莫尔匠条纹墨是由方光栅慢的大程量刻痰线共距同组幼成,顽例如厅,2规00约条/云mm影的光枕栅,兄10还mm杂宽的俊光栅狱就由壶20馅00暑条线葡纹组希成,炕这样牢栅距劳之间融的固臂有相蜓邻误欣差就雨被平窃均化沙了,威消除劫了栅续距之坏间不软均匀老造成赞的误欧差。3.莫尔沃条纹套的移睡动与搂栅距协的移严动成叉比例当光厦栅尺晋移动辟一个胁栅距P时,屑莫尔牺条纹旨也刚感好移扮动了新一个洁条纹盘宽度W。只砌要通欲过光卧电元澡件测包出莫劲尔条杠纹的晓数目担,就盼可知惧道光弊栅移贩动了丸多少蒜个栅春距,音工作乞台移处动的轨距离将可以墨计算爹出来古。若殖光栅特移动脏方向投相反蜜,则链莫尔兴条纹盈移动背方向庸也相驻反(赔见图贪5-殿18离)。若标召尺光犁栅不则动,据将指还示光猴栅转赌一很甚小的盒角度跃,两妈者移逢动方僚向及凭光栅猫夹角公关系椒如表版5-遮1所蓝示。约因莫托尔条艳纹移跃动方体向与搂光栅毕移动匀方向狠垂直伟,可串用检勤测垂烟直方斩向宽漆大的满莫尔扮条纹今代替涛光栅巡寿水平愉方向拼移动降的微遭小距获离。表5连-1幅莫尔脱条纹跃移动煤方向新与光哀栅移加动方礼向及丹光栅兽夹角诊的关剑系Pθ标尺饲光栅图5夕-1作8汪莫尔淹条纹图5遵-1希9清光栅去测量贿系统光栅滥测量调系统迹如图烂5-帜19爸所示赠,由县光源锻、聚求光镜急、光滑栅尺蚊、光幅电元神件和柱驱动木线路庭组成枪。读浅数头远光源评采用开普通受的灯柳泡,开发出畜辐射慕光线艳,经半过聚衬光镜镇后变疾为平悲行光惨束,穴照射茧光栅章尺。金光电掏元件胶(常锐使用巧硅光看电池胆)接耽受透川过光狐栅尺往光强哲信号事,并泳将其失转换励成相遥应的钳电压兼信号灰。由厉于此雨信号商比较以微弱验,在禽长距傲离传院递时收,很短容易凤被各赵种干山扰信沈号淹夹没,涛造成搁传递刻失真克,驱洒动线暗路的蛾作用亡就是我将电恒压信糟号进骑行电山压和睡功率单放大滔。除曲标尺查光栅规与工读作台仁一起播移动捎外,西光源呈、聚弱光镜震、指斧示光奸栅、或光电旗元件匪和驱文动线删路均玻装在砌一个秒壳体征内,纠作成伯一个设单独其部件炭固定施在机基床上书,这短个部理件称暑为光嫌栅读福数头擦,又菌叫光射电转冬换器堂,其买作用邻把光穗栅莫勤尔条需纹的保光信筑号变聚成电晌信号居。三、姜应用德(光粒栅位微移-欣数字鞠转换济系统会)当光变栅移缩慧动一叠个栅管距,牛莫尔授条纹洽便移伙动一嫩个条霉纹宽捕度,丈假定驼我们剃开辟造一个笔小窗蔑口来袄观察侧莫尔圾条纹鞋的变慰化情乞况,呀就会林发现贯它在邀移动绞一个龟栅距考期间哗明暗越变化赞了一歉个周戴期,
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